Тиристорный преобразователь постоянного тока в переменный

 

Союз Соаетсккк

Социалистичвскнк

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТРРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ оц868954 (Bl ) Донолннтельное к авт. санд-ау (22) Заявлено 23.04. 79 (21) 2755013/24-07 с присоединением заявки,йв (5l ) N. 9(я.

H 02 М 7/515

1всударатвоиаЯ канятет

СССР ав делан кзвбрвтевкЯ н вткркткЯ (23) Прнорнтет

Опубликовано 30.09.81. Бюллетень М 36 (53) УДК 621.314. .572(088.8) Дата онублнковання описания 30.09.81

В. Ф. Петренко, В. Г. Яцук, Ю. И. ом, .

В. В. 1 алов, Н. Г. Ватуля, В. М. Саенко и М. И. Сучилин

/ ,1

1 (72) Авторы нзобретення (7l) Заявитель (54) ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

ТОКА В ПЕРЕМЕННЫЙ

Изобретение относится к силовой полупроводниковой преобразовательной технике, преимущественно предназначено для частотного регулирования : скорости асинхронных и синхронных электродвигателей, и может найти при менение в статических преобразователях частоты различного назначения и как"преобразовательное устройство в установках, служащих в качестве

10 автономных источников электроэнергии переменного тока.

Известен преобразователь постоянного тока в трехфазный ток, представляющий собой автономный инвертор тоlS ка (АИТ-), используемый в статических преобразователях частоты для частот-. ного регулирования скорости асинхронных электродвигателей . АИТ подключен к источнику постоянного напряже-.

20 ния через индуктивный фильтр и представляет собой статический коммутатор, состоящий из двух трехфазных мосто.вых схем основных и коммутирующих тирис торов, между соответствующими общими точками которых включены три коммутирующих конденсатора. K выходным зажимам трехфазной мостовой схемы основных тиристоров подключена статор" ная обмотка асинхронного двигателя 1.1.1.

Недостатками известного устройст" ва являются большая установленная мощность коммутирующих конденсаторов и ограниченнный сверху диапазон измен нения выходной частоты АИТ.

Указанные недостатки обусловлены тем, что в известной схеме АИТ ком-,, пенсация реактивной энергии, запасенной в индуктивностях рассеяния обмоток асинхронной машины, осуществляется коммутирующими конденсаторами, вслед ствие чего величина ее емкости выбн" рается не из условия обеспечения коммутационной устойчивости АИТ, а из условия получения заданного максимального уровня напряжения на элементах

АИТ при максимальном токе на выходе инвертора. Величина еикости коимутнру54 4 коммутационной устойчивости в период пуска асинхронного двигателя инвертор снабжен индивидуальным подзаряжающим источником постоянного тока, содержащим на выходе две трехфаэные вентильные схемы, подключенные параллельно двум трехфазным батареям ком— мутирующих конденсаторов. К выходным зажимам инвертора, соединенным со статорной обмоткой асинхронного двига— теля, подключен дополнительный трехфазный неуправляемый выпрямитель,вы— ход которого по постоянному току свя— зан с индивидуальным источником ограничивающей противо-ЭДС, включающим в себя инвертор с автономной системой управления. Указанный источник ограничивающей противо-ЭДС осуществля, ет компенсацию реактивной энергии, запасенной в индуктивностях рассея ния асинхронного двигателя, что позволяет устранить вьппеуказак1ъ е недостатки известных устройств 31.

3 8689 ющнх конденсаторов, выбранная по последнему критерию, значительно превышает необходимую величину емкости, выбранную по критерию коммутационной устойчивости, Ео время ко11мутации тока из одной фазы двигателя в другую коммутирующий конденсатор оказывается включенным последовательно в цепь протекания силового тока и перезаряжается этим током, т.е. скорость переэаряда конденсатора определяется величиной тока двигателя.

В том случае, когда двигатель работает на холостом ходу, время перезаряда возрастает в среднем в три раза 15 по сравнению с номинальным режимом.

Это явление усугубляется тем, что величина емкости коммутирующих конденсаторов завышена в несколько раз по причине указанной вьппе. В итоге при . 20 работе асинхронного двигателя (АД) на холостом ходу в области повышенных частот (например, 50-1000 Гц) коммутирующие конденсаторы не успевают перезаряжаться .током нагрузки и работа системы ANT-АД становится неустойчи- . вой", что практически исключает возможность эксплуатации рассматриваемой схемы АИТ с АД в указанных режимах.

Известен также АИТ, в котором количество коммутирующих тиристоров снижено до двух. Эти тиристоры соединены согласно в последовательную цепочку, причем свободный анод одного из

35 них подключен к общим анодам, а свободный катод другого — к общим катодам трехфазной мостовой схемы основных тиристоров, к выходным зажимам которой подсоединены обкладки

40 трех коммутирующих конденсаторов, а свободные обкладки коммутирующих конденсаторов объединены между собой и связаны со средней точкой двух ком;. мутирующих тиристоров(2.1 °

Данному устройству также свойст венны вышеуказанные недостатки, обусловленные аналогичными причинами, Кроме того, подключение коммутирующих конденсаторов, соединенных в звезду, непосредственно к зажимам асинхронного двигателя, может приводить к самовозбужденинТ двигателя, нарушающего нормальный режим работы инвертора.

Известен также трехфазный АИТ, собранный по схеме с междуфазовой коммутацией, с отсекающими диодами и с двумя трехфазными батареями коммутиру1цщих конденсаторов. Для обеспечения

Недостатками этого решения являются большая установленная мощность коммутирующих конд. нсаторов, многоэлементность выходной части подзаряжающего источника и дополнительного неуправляемого выпрямителя, что приводит к значительному увеличению массо-габаритных показателей инвертора и к снижению показателя его надежности. Это обусловлено тем, что устройство принудительной коммутации в этом инверторе выполнено по схеме с двумя группами коммутирующих конденсаторов 1 каждая из которых предс-.авляет собой трехфазную батарею, соединенную в треугольник. Суммарная емкость одной батареи в два раза превышает емкость, необходимую для коммутации тиристоров. Соответственно полная емкость всех коммутирующих конденсаторов инвертора в четыре раза превьппает требуемую емкость ° Во столько же раз увеличивается количество этих конденсатор ов .

Многофазное исполнение батарей коммутирующих конденсаторов и подключение дополнительного выпрямителя к трехфазному выходу инвЕртора влечет за собой многофазное исполнение выходной части подзаряжающего источника постоянного тока и дополнительного неуправляемого выпрямителя, вследствие чего возрастает количест868954

Во вентильных элементов в инверторе. При отсутствии резервирования в схеме ее надежность уменьшается с увеличением элементной базы.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь, содержащий выпрямитель, вход которого под ключен к питающей сети, а выход — к шинам питания однофазного тиристорного моста, блок коммутации, выполненный из коммутирующих дросселей, и конденсаторов, а также контур возврата избыточной энергии, накапливае-. мой в конденсаторах, выполненный в виде последовательно соединенных выпрямителя и ведомого сетью инвертора, выход которого через согласующий трансформатор подключен к сети, а вход выпрямителя подключен к выходу. указанного однофазного тиристорного мос-, та1.41.

Недостатком этого преобразователя являются завышенные массо-габаритные показатели из-за черезмерно больmoro числа коммутирующих дросселей и 25 конденсаторов, что особенно проявляет ся при пониженных выходных частотах преобразователя. Это ограничивает область применения такого устройства. Этот недостаток усугубляется Зо при выполнении преобразователя с трехфазным выходом. Кроме того, вместо однофазного выпрямителя должен использоваться трехфазный.

Цель изобретения — упрощение преобразователя и расширение областей

его применения.

Поставленная цель достигается тем, что в тиристорном преобразователе, 40 содержащем мост основных тиристоров, блок принудительной коммутации, вклю-. чаюший в себя по крайней мере один коммутирующий конденсатор, контур возврата избыточной энергии, накапливае- 45 мой на конденсаторе, выполненный в ви-. де последовательно соединенных выпрямителя и ведомого сетью инвертора, выходом связанного с сетью переменного тока через согласующий трансформатор, 0 а также блоки управления мостом основных тиристоров, блоком принудительной коммутации и ведомым сетью инвертором, вход упомянутого выпрямителя .родключен к обкладкам коммутирующего конденсатора.

На чертеже изображена электрическая принципиальная схема предлагаемо-. го инвертора тока.

Трехфазный автономный инвертор тока (АИТ) включает в себя статистический коммутатор,образованный трехфаяными мостовыми схемами основных тиристоров 1-6 и вспомогательных тиристоров 7-12 и двумя коммутирующими тиристорами 13 и 14,включенными последовательно согласно коммутирующий конденсатор 15,индуктивный фильтр 16 и источник 17 постоянного напряжения. Аноды тир -сторов 1,2,3 и 13 подсоединены к одному выводу фильтра !6,другой вывод которого подключен к положительному полюсу источника 17. Катоды тиристоров 4,5,6 и 14 подсоединены к отрицательному полюсу источника 17. К выходу трехфазного моста основных тиристоров 1-6 подключены асинхронный двигатель 18 и средние точки моста вспомогательных тиристоров 7-12. Аноды тиристоров 7-9 объединены с катодами тиристоров 10-12 и подключены к одной обкладке конденсатора 15, дру" гая обкладка которого связана с общей точкой коммутирующих тиристоров 13 и, 14. Каждая фаза асинхронного двигате-. ля 18 представлена в виде последовательно соединенных источника 19 переменной противо-ЭДС и индуктивности 20 рассеяния. Коммутирующий конден» сатор 15 образует одну группу коммутирующих конденсаторов.

Для повышения коммутационной устой. чивости АИТ при пуске в схеме предус™ мотрен трехфазный трансформатор 21, первичная обмотка 22 которого подсоединена к питающей сети 23 переменного тока. Трансформатор 21 выполнен с двумя вторичными обмотками 24 и 25. Одна вторичная обмотка 24 связана со средними точками мостового выпрямителя 26 на диодах,к выходу которого параллельно подключен конденсатор 27. Подэарядные тиристоры 28-31 соединены в однофазную мостовую схему, средние точки которой подключены соответственно к двум обкладкам коммутирующего конденсатора 15. Общие каТоды тиристоров 29 и 30 связаны . с общими анодами выпрямителя 26. Общие аноды тиристо ров 28 и 31 связаны с одним выводом подзарядного дросселя 32, другой вы" вод которого подключен к общим катодам выпрямителя 26. К коммутирующему конденсатору 15 под.слючен вход моь товой выпрямительной схемы на диодах

33-36, к выходу которой подсоединен параллельно дополнительный конденса 1

8954 8

40 1 тора 15 в качестве вентилей 33—

В предлагаемом автономном инверторе тока компенсация реактивной энергии индуктивностей рассеяния двигателя с помощью источника противо-ЭДС позволяет в несколько раз уменьшить величину емкости коммути55

86 тор 37. Другая вторичная обмотка 25 трансформатора 21 подсоединена к средним точкам трехфазной мостовой схемы на тиристорах 38-43, образующих ведомый инвертор. Между общими катодами диодов 33 и 36 и общими анодами тиристоров 4t-43 включен дроссель 44, а общие аноды диодов 34 и 35 соедине" ны с общими катодами тиристоров 38-40

Управляющие электроды тиристоров 3843 подключены к выходу системы 45 уп. . равления, вход которой связан с питающей сетью 23 линией 46 связи.

Преобразователь работает следующим образом.

Диоды 33-36, конденсатор 37, дроста сель 44, тиристоры 38-43, вторичная обмотка 25 трансформатора 21 образуют совместно устройство, служащее для компенсации энергии, запасенной в индуктивностях рассеяния обмоток асинхронного двигателя 18 с помощью постоянной противо-ЭДС, формируемой на конденсаторе 37. Величина противоЭДС задается с помощью автономной системя 45 управления тиристорами 3843, образующими совместно с трансфор- матором 21 ведомый инвертор. Значе" ние величины противо-ЭДС выбирается

1 так, чтобы она была равна амплитуде первой гармоники максимального ли» нейного напряжения на выходе авто— номного инвертора тока (на зажимах

А, В и С).

Предположим, что включены основные тиристоры 3 и 4. Ток нагрузки замыкается по цепи : положительный полюс источника 17, фильтр 16, тиристор

3, фазы А и С асинхронного двигателя

18, тиристор 4, отрицательный полюс источника.17 ° Коммутирующий конденсатор 15 заряжен .с полярностью, указанной на чертеже слева.

Линейное напряжение 0>> в момент коммутации имеет полярность, указанную на чертеже около зажимов А и В.

Для перевода тока нагрузки из фа зы А в фазу Б двигателя подаются включающие управляющие сигналы на тиристоры ; основной 2 вспомогательт ный 9, коммутирующий 13. Напряжение с коммутируюп1его конденсатора 15 прикла дывается в запирающем направлении к основному тиристору 3, который вследствие этого выключается. Основной тиристор 2, хотя на его управляющий электрод подается разрешающий сигнал не проводит ток, так как он .смещен в обратном направлении суммар5

35 ным напряжением коммутирующего конденсатора 15 и фаэ А и В двигателя

18. Начинается первый интервал коммутации, во время которого коммутирую"щий конденсатор 15 перезаряжается поптоянным током нагрузки. Напряжение на конденсаторе 15 меняет полярность, которая показана на чертеже справа. Когда напряжение на конденсаторе 15 становится равным noseличине линейному напряжению Opg„ открывается основной тиристор 2. Начинается второй интервал коммутации, на котором энергия, запасенная в индуктивностях рассеяния фазы А двига еля, переходит в коммутирующий кон-е денсатор 15. Вследствие этого напряжение на конденсаторе 15 продолжает расти, и когда оно становится равм, ным по величине противо-ЭДС, сформированной на конденсаторе 37, открыва ются диоды 34-и 36. Далее реактивная энергия двигателя 18 передается через ведомый инвертор на тиристорах

38-43 и трансформатор 21 в питающую сеть 23. Напряжение на конденсаторе

15 и линейное напржение 0 1 ограничи. в ваются на уровне противо-ЭДС конденсатора 37. Ток в фазе А двигателя уменьшается до нуля, а в фазе В возрастает до установившегося значения. Тиристоры 9 и 13 выключаются.

На этом кончается процесс коммутации тока из фазы А в фазу В двигате ля. Аналогично происходит процесс коммутации и в других фазах двигате ля.

С целью обеспечения возможности автоматического .отключения конден,сатора 37 от коммутирующего конденса36 в схеме могут быть включены тиристоры, управляющие электроды которых подключены к системе управления АИТ и через формирователи управляющих импульсов — к различным логическим устройствам и датчикам.

В случае гальванической развязки источника 17 и сети 23 вторичная обмотка 25 трансформатора 21 может быть исключена, а тиристоры

38-43 подключены непосредственно к питающей сети 23.

86 рующих конденсаторов и уменьшить тем самым полное время коммутации за счет ускорения перезарядки коммутирующего конденсатора постоянным током нагрузки и уменьшения периода собственных колебаний контура, об-..;. разованного емкостью коммутирующего конденсатора и индуктивностью рассе яния двигателя. При этом уменьшаются оба интервала коммутации. В результате уменьшения полного времени коммутации возрастает верхний предел максимальных выходных частот предлагаемого АИТ, что дает возможность использовать его в преобразователях частоты для высокоскоростных электроприводов переменного тока.

Формула изобретения

Тиристорный преобразователь постоянного тока в переменный, содержащий мост основных тиристоров, блок принудительной коммутации, включающий в себя по крайней мере один коммутирующий конденсатор, контур возв8954 l0 рата избыточной энергии, накапливае" мой на конденсаторе, выполненный в виде последовательно соединенных выпрямителя и ведомого сетью инварт0ра, выходом связанного с сетью пере" менного тока через согласующий трансформатор, а также блоки управления мостом основных тиристоров, блоком принудительной коммутации и ведомым сетью инвертором, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упроще ния и расширения области применения, вход упомянутого выпрямителя подключен к обкладкам коммутирующе- го конденсатора.

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

I. Авторское свидетельство СССР

Ф 146859, кл. Н 02 И 7/48, 1962.

2. Известия высших учебных заведений. "Электромеханика", 1966, У 10, с. 1121.

3. Авторское свидетельство СССР

Ф 663042. кл. Н 02 М 5/443, ,. Н 02 М 5/27, 1977.

4. Заявка Японии У 49-15289, кл. 56 В 4, (Н 02 М 5/44),.1974.

868954

Составитель Г. Мьпцик

Техред Л. Пекаоь Корректор М. Пожо

Редактор Ю. Ковач

Заказ 8351/81. Тираж 733 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета,СССР по делам изобретений.: и открытий

l13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4