Способ управления преобразователем многофазного переменного напряжения в регулируемое постоянное

Авторы патента:

CoIo3 Советскик

Соцуоапистмчеснии

Рвстту блик

<и191

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б! ) Дополнительное к авт. свиа-ву.(5! )М. Кл . (22) Заявлено 04. 04 ° 77 (21) 2470770/24-07 с присоединением.заявки М

Н 02 P 13/16

Н 02 М 7/145

3Ьвудератмииый комитет

СССР ае лелем изобретений и открытий (23)Tlриоритет

ОпУбликовано 30.03.82, Бюллетень PPi12

Дата опубликования описания 30.03.82 (53) УД К621.

;314.632 (088.8) l.

Е.В. ЛиннИк и Н.Я. Говорущен о:; . :, . 7 ".-.,-, 1

Харьковский автомобильно-дорожный институт

/ им. Комсомола Украины (72) Авторы . изобретения (7l ) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ МНОГОФАЗНОГО

ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В РЕГУЛИРУЕМОЕ ПОСТОЯННОЕ

Изобретение относится к силовой преобразовательной. технике и может быть использовано в электроприводах постоянного тока в случаях, когда необходимо рекуперировать энергию постоянного тока в трехфазную сеть переменного тока при небольших массогабаритных показателях силового трехфазного трансформатора. Существующими в настоящее время способами эта проблема не решена и остается актуальной для подвижных объектов, а также для быстродействующих станочных электронриводов.

В настоящее время в электропри-. водах постоянного .тока широко приме". няются трехфазные мостовые ведомые сетью инверторы, в которых регулирование тока осуществляется посредством управления углом отпирания инвертора.

Вследствие низкой частоты процессов в инверторе в цепях как постоянного, так и переменного токов про-, ходят токи с большой амплитудой пульсаций. Для их уменьшения в цепи постоянного тока необходимо включать реакторы с большой индуктивностью, а для уменьшения влияния инвертора на сеть необходимо также включать мощные сетевые фильтры на стороне переменного тока. Это обуславливает увеличение веса, габаритов и стоимости электрооборудования инвертора. те .Известны условия, накладывающие ограничения на применение тиристорных преобразователей в сетях соизмеримой мощности по качеству электро15 энергии. К недостаткам такого типа инвертора можно отнести также большое потребление реактивной мощности и низкий cosg, что приводит к необходимости в случае применения мощных инверторов использовать специ альные компенсирующие устройства.

Известен способ импульсного регулирования тока в трехфазном инвеоторе, применяемый в электроприво

17298 4

3 . 9 дах переменного тока с двигателем с фазным ротором. Здесь применяется прерыватель постоянного тока на тиристорах с принудительной коммутацией, что позволяет осуществить работу инвертора с минимальным углом опе режения, т.е. значительно уменьшить реактивную мощность, а использование повышенных частот коммутациивЂ” уменьшить габариты дросселя C12 .

Однако такой способ не позволяет осуществить передачу обратного потока активной мощности от сети к электродвигателю.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ, реализованный в преобразователе многофазного переменного напряжения в регулируемое постоянное, который выполнен в виде многофазного трансформатора, средние точки первичной обмотки которого образуют входние выводы преобразователя, а концы обмотки подключены к входам двух диодных мостов, нагруженных на основные управляемые ключи. Вторичная многофазная обмотка трансформатора поде ключена к входу дополнительного вентильного моста, выводы Фэстоянного тока которого образуют выходные вы. воды преобразователя, зашунтированные дополнительным управляемым ключом

Его анод соединен с анодами двух основных управляемых ключей через пару коммутирующих конденсаторов, а катод, через коммутирующий дроссель и вторую пару коммутирующих конденсаторов с катодами основных управляемых ключей L23.

В системе управления преобразователем s результате сравнения симметричного пилообразного повышенной по отношению к сетевой частоты и синхронизированного сетью опорного напряжения и постоянного напряжения уп равления формируют последовательность регулируемых по ширине управляющих .импульсов повышенной частоты, затем выделяют из нее две последовательнос ти управляющих импульсов, сдвинутых между собой на угол 7. Одну из них подают на управляющий вход одного из двух основных управляемых ключей, а . вторую - на управляющий вход второго ключа. Формируют также четвертую последовательность управляющих импульсов, инверсных по отношению к первой. которые подают на управляющий вход дополнительного управляемого ключа.

Преобразователь отличается хорошими массогабаритными показателями трансформатора и фильтра, повышенными энергетическими показателями и незначительным влиянием на многофазную сеть соизмеримой мощности.

Однако в нем не может быть осущестщ влен процесс передачи обратного потока активной мощности от источника постоянного тока в многофазную сеть переменного тока. Это сужает возможность его применения.

Цель изобретения вЂ” расширение функциональных возможностей преобразователя за счет осуществления передачи обратного потока активной мощности . в сеть переменного тока.

Поставленная цель достигается тем, что, согласно предлагаемому способу управляют преобразователем, выполненным е виде многофазного трансформатора, средние точки первичной обмотки которого образуют входные выводы преобразователя, а концы обмотки подключены к входам двух диодных мостов, нагруженных на,основные управляемые ключи. Вторичная многофазная обмотка трансформатора подключена к входу дополнительного вентильного моста, выводы постоянного тока которого образуют выходные выводы преобразователя, зашунтированные дополнительным управляемым ключом.

Его анод соединен с анодами двух. основных управляемых ключей через пару коммутирующих конденсаторов. Катод через коммутирующий дроссель и вторую пару коммутирующих конденсаторов - с катодами основных управляемых ключей. В системе управления преобразователем, в результате сравнения симметричного пилообразного повышенной частоты и синхронизированного

I сетью опорного напряжения и постоянного напряжения управления, формируют первую последовательность регулируемых по ширине управляющих импуль50 сов. Из нее выделяют две последова,тельности импульсов, сдвинутых между собой на угол Х. Одну из них подают на управляющий вход одного основного управляемого ключа, вторую - на вход второго.

Формируют четвертую последовательность управляющих импульсов, инверсных по отношению к первой, которую по четвертую последовательности управляющих импульсов; е-л - шесть дополнительных последовательностей уп< равляющих импульсов; м-с - последовательности управляющих импульсов, получаемых после соответствующих логических умножений.

На фиг. 3 приведена принципиальная электрическая схема силовой части устройства; на фиг. 4 - графики токов и напряжений, где d " пилообразное опорное и постоянное управляющее напряжение; f - управляющие импульсы, подаваемые на управляющие электроды управляемых вентилей; j - постоянный ток силовой цепи; М, Q, Z вЂ” ток в фазах трансформатора.

Основу силовой части преобразователя, на примере работы которого показан предлагаемый способ управления, составляет многофазный трансформатор (фиг. 3). Каждая из фаз его первичной обмотки 27 состоит из двух секций, включенных последовательно и согласно. Начало и конец первичной обмотки через диодные мосты 28 и 29 закорачиваются с помощью основных управляемых ключей 30 и 31. Положительные выводы этих мостов и аноды основных управляемых ключей соединены двумя последовательно включенными коммутирующими конденсаторами 32 и 33, отрицательные выводы и катоды - конденсаторами 34 и 35.

Иногофазная сеть через фильтр подключена к средним точкам первичной обмотки 27. Вторичная обмотка 36 трансформатора через дополнительный вентильный мост 37-42 подключена к якорю 43 электрической машины постоянного тока, причем анодная группа вентилей - к положительному выводу якоря, а катодная - к отрицательному.

Якорная цепь шунтирована дополнительным управляемым ключом 44. Положительный вывод якорной цепи подключен к точке соединения конденсаторов 32 и 33, а отрицательный через коммутирующий дроссель,45 - к точке соединения конденсаторов 34 и 35

Управляющие импульсы, включающие тиристоры,формируются системой 46 управления.

Функциональная схема системы управления преобразователем (фиг. 1) содержит формирователь 1 импульсов прямоугольной формы, частота следования которых равна 6 n f сети, 5 917298 6 подают на вход дополнительного óïравляемого ключа ° формируют шесть дополнительных последовательностей импульсов длительностью 2/3.3 с частотой сети й. сдвинутых последовательно между собой .на угол 3Г/3. Кажую из них логически перемножают со второй и третьей по-. следовательностями импульсов. Управляющие импульсы, образованные после to логического перемножения второй по-: следовательности с шестой, восьмой и десятой дополнительными последовательностями, и третьей с пятой, седьмой и девятой, подают на управляю- 15 щие входы управляемых вентилей анодной группы дополнительного моста. Управляющие импульсы, образованные после логического перемножения второй последовательности с пятой, седь- 20 мой и девятой, и третьей с шестой, восьмой и десятой, подают на управляющие входы вентилей катодной группы дополнительного моста.

Раздачу управляющих импульсов меж- 25 ду вентилями анодной и катодной групп дополнительного моста осуществляют таким образом, что вентили в момент подачй импульса управления находятся под обратным напряжением вторичной 3o обмотки трансформатора.

На Фиг. 1 приведена Функциональ- ная схема системы управления устройством, иллюстрирующая предлагаемыйспособ управления, где 1 вЂ” формирова- M тель первой последовательности импульсов повышенной по отношению к сетевой частоты; 2, 3 - формирователи последовательностей импульсов, выделенных из первой и сдвинутых под 40 углом у; 4 - формирователь четвертой последовательности импульсов, инверсных по отношению к первой, 5-10формирователи дополнительных шести последовательностей импульсов с час- м тотой сети; 11 вЂ” синхронизирующий трансформатор; 12 - блок выделения гармоники повышенной частоты из напряжения сети; 13 - генератор пилообразного опорного напряжения; 14 - . gg компаратор; 15-26 вЂ” ячейки логического умножения "и".

В скобках указаны номера ключей из Фиг., 3.

На фиг. 2 приведены графики после- у довательностей импульсов, где в - пилообразное опорное и постоянное управляющее напряжения; б-д вЂ” с первой

98 (фиг. 2), передние фронты которых синхронизируют управляющие импульсы f, K q (фиг. 4), поступающие на управляющие входы основных управляемых ключей 30 31. формирователь 4 образует последовательность импульсов д (фиг.. 2), передний фронт которых синхронизирует управляющие импульсы f, K (фиг.4), поступающие на управляющий вход дополнительного управляемого ключа 44.

Управляющие импульсы f, K 1-Kqg. (фиг. 4), подаваемые на управляемые входы управляемых вентилей дополнительного моста,.синхронизируются передними фронтами импульсов М - С (фиг, 2), образуемых путем логического перемножения в ячейках И 15-26 последовательностей импульсов Ь,а

В, а (фиг. 2).

Например, управляющие импульсы

К (фиг. 4), подаваемые на вход вентиля 37 синхронизированы импульсами И (фиг. 2) на выходе ячеек И 15 и 16. В ячейке 15 логически перемножаются импульсы последовательностей

В, и. (фиг. 2). В ячейке 16 - 2, е (фиг. 2).

При включении дополнительного управляемого ключа 44 в якорной цепи электрической машины, работающей в генераторном режиме, начинает нарастать ток и она стремится перейти в режим короткого замыкания. Одновременно от диодных мостов 28 и 29 через ключ 44 и дроссель 45 заряжаются конденсаторы 32-35 с полярностью, указанной на фиг. 3 без скобок. Затем включаются (фиг. 4) ключи 30,, 38 и 42. Конденсаторы 32 и 34 перезаряжаются по цепи 32, 30, 34, 45, 44, 32 с полярностью, указанной на фиг.3 в скобках, и выключают ключ 44. Ток якорной цепи переводится через ключи

38 и 42 в фазы Я и.С вторичных обмоток трансформатора, причем направление тока в них противоположно напряжению,.приложенному к этим обмоткам после включения .ключа 30, собирающего через мост 28 начала первичных обмоток 27 трансформатора в звезду. Начинается этап инвертирования тока в сеть (фиг. 4, j,vg, к). Процесс инвертирования оканчивается и начинается очередной процесс накаливания энергии в якорной цепи в момент включения ключа 44. При этом конденсаторы 32 и 34 вновь перезаряжаются с поляр7 9172 где п 1, 2, 3,...,Выход формирователя 1 соединен с входами формирователей 2 и 3 импульсов, сдвинутых под углом Ж, частота следования ко торых вдвое меньше частоты первой последовательности импульсов и sxoдом формирователя 4. Передние фронты импульсов формирователей 2 и 3 синхронизируют управляющие импульсы, подаваемые на управляющие входы ос- 30 новных управляемых ключей 30 и 31.

Передний фронт импульсов формирователя 4 синхронизирует управляющие импульсы, подаваемые на управляющий вход дополнительного управляемого 1S ключа 44.

Выход формирователя 2 соединен с одним из входов ячеек логического умножения И 15, 17, 19» 21, 23, 25.

Выход формирователя 3 соединен с од-. 2о ним из входов ячеек И 16, 18, 20, 22, 24, 26.

Выходы формирователей 5-10 дополнительных последовательностей импуль" сов длительностью 2/3Я с частотой 2s сети,и сдвинутых последовательно между собой на угол /3 соединены остальными входами ячеек И следующим образом: выход 5 с входами 16 и 21; выход 6 с входами.19 и 26; выход 7 зо с входами 18 и 23; выход 8 с входами

15 и 22; выход 9 с входами 20 и 25; выход 10 с входами 17 и 24.

Входы формирователей 5-10 и блока 12 выделения гармоники повышенной частоты сети (6 ° n - f сети) соединены с вторычными обмотками синхронизирующего трансформатора 11. Блок

12 выделения гармоники синхронизи- рует генератор 13 пилообразного опор- 4р ного напряжения. Это опорное напряжение и напряжение управления (Uy) ! поступают на вход компаратора 14, которь|й .переключается в момент,их сравнения и управляет формирователем 1.управляющих импульсов.

Работу преобразователя, реализующего предлагаемый способ управления рассмотрим для случая, когда кратность повышенной частоты и = 2, т.е. ком- yg мутации = 600 Гц.

В момент сравнения опорного пилообразного напряжения и напряжения управления в системе управления в формирователе 1 формируется последова- у тельность импульсов S (фиг. 2). формирователи 2 и 3 выделяют из нее последовательности импульсов 6 и Я

9 9172 ностью, указанной на фиг. 3 без ско" бок, и готовы произвести очередную коммутацию.

Следующий этап инвертирования начинается включением ключей 31, 37 и 41 (фиг. 4, f). Конденсаторы 33 и 35 перезаряжаются по цепи 33, 31, 35, 45, 44, 33 и выключают ключ 44, Одновременно с этим ключ 31 собирает через мост 29 в звезду концы первич" 1о ных обмоток 27 трансформатора. Полярность напряжения, приЛоженного к. вторичным обмоткам 3б трансформато- ра, противоположна по сравнению с предыдущим этапом инвертирования. . 1s

Поэтому ток во вторичных обмотках фаз

В и А вновь оказывается противопо" ложным напряжению. Перемагничивание с частотой 300 Гц сердечника транс" форматора исключает его подмагничи" щ вание с. частотой 50 Гц. Поэтому он рассчитывается на повышенную частоту, . благодаря чему резко снижаются его габариты и масса.

В дальнейшем циклы повторяются. 25

Величина тока инвертирования и, следовательно, тормозного момента на валу машины 43 регулируется в зависимости от скорости вращения якоря изменением величины 0 . Так как за Зо счет самоиндукции напряжение якоря в процессе этапа инвертирования всегда превышает напряжение на зажимах дополнительного вентильного моста на величину падения напряжения в якорной цепи, вентилях моста, обмотках трансформатора 27 и 36, мосте 28 или 29, ключа 30 или 31, фильтре, процесс инвертирования не зависит от напряжения холостого хода маши- 40 ны 43. Характер и величина созе оп.ределяются только синхронизацией пачек тока инвертирования с фазными. напряжениями и могут быть изменены в ту или иную сторону. Это определяет высокие энергетические показа" тели устройства. Высокая частота пульсаций тока в якорной цепи и в фазах сети позволяет применить малоч габаритные облегченные сетевые фильтры, а в якорной цепи, в большинст- ве случаев, индуктивность ее оказывается достаточной, чтобы вообще обойтись без дросселя.

Формула изобретения

Способ управления преобразователем многофазного переменного напряжения в регулируемое постоянное, выполненным в виде многофазного трансформатора, средние точки первичной обмотки которого образуют входные выводы преобразователя, а концы обмотки подключены к входам двух диодных мостов, нагруженных на основные управляемые ключи, вторичная многофазная обмотка подключена к входу дополнительного вентильного моста, выводы постоянного тока которого образуют выходные выводы преобразователя, зашунтированные дополнительным управляемым ключом, анод которого соединен с анодами двух основных управляемых ключей через пару коммутирующих конденсаторов, а катод через коммутирующий дроссель и вторую пару коммутирующих конденсаторов - с катодами основных управляемых ключей, путем формирования в системе управления преобразователем в результате сравнения симметричного пилообразного повышенной по отношению к сетевой частоты и синхронизированного сетью опорного напряжения и постоянного напряжения управления первой последовательности регулируемых по ширине управляющих импульсов повышенной частоты выделения из нее двух последовательностей управляющих импульсов, сдвину-. тых между собой на угол 3, одну из которых подают на управляющий вход одного из двух основных управляемых клю"

Следовательно, устройство, иллюст- рирующее предлагаемый способ инвертирования, обладает малыми массо-габаритными показателями силового трех98 10 фазного трансформатора, малыми массогабаритными показателями дросселя и сетевых фильтров; высокими регулировочными показателями; высокими энергетическими показателями.

Благодаря эффективному сглаживанию пульсаций, вызываемых коммутационными процессами, осуществляемыми на повышенной частоте, способностью работать на сеть соизмеримой мощности с удовлетворительным качеством напряжения.

Реализация предлагаемого способа в устройствах, например в судовых электроприводах, позволяет исключить влияние помех при работе тиристорного преобразователя на-навигационные.приборы и средства связи при небольших массо-габаритных показателях преобразователя и фильтра.

11 9172 чей, а вторую - на управляющий вход второго ключа, и формирования четвертой последовательности управляющих импульсов, инверсных по отношению к первой, которую подают на управляющий вход, дополнительного управляемого ключа, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расши" рения функциональных возможностей преобразователя путем передачи обрат- в ного потока активной мощности в сеть переменного тока, формируют шесть дополнительных последовательностей импульсов длительностью 2/3 Я с частотой сети и сдвинутых последова" И тельно между собой на угол З/3, каж" дую из которых логически перемножают со второй и третьей последовательностями импульсов, и управляющие импульсы,образованные после логичес- 20 кого перемножения второй последова,тельности с шестой, восьмой и десятОй дополнительными последовательностями, и третьей с пятой, седьмой и

98 .девятой, подают на управляющие вхо.ды управляемых вентилей анодной группы дополнительного моста, а управляющие импульсы, образованные после логического перемножения второй последовательности с пятой, седьмой и.девятой, и третьей с шестой, вось" мой и десятой, подают на управляющие входы вентилей катодной группы дополнительного моста,,причем раздачу управляющих импульсов осуществляют так, что в момент их подачи управляемые вентили дополнительного моста находятся под обратным напряжением вторичной обмотки трансформатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Крайцберг И.И. и др. Импульсный регулируемый электропривод с фазными электродвигателями. M., "Энергия", 1972.

2. Авторское свидетельство СССР и 729782, кл. Н 02 И 7/145, 1977

917298

Заказ 1900/74 к®

<31 к

Кщ

Куу к

Kqg

g ею

Рф

Составитель Г, Мыцык