Непосредственный преобразователь частоты с искусственной коммутацией

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик э\к с ф б.. ;г .= r, (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 140481 (21) 3274965/24-07 ($g) М К 3 с присоединением заявки №Н 02 М 5/27

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет 5З) УДК 621 314 27 (088. 8) Опубликовано 301082, Бюллетень ¹40

Дата опубликования описания 301082 -" (.СЦ4 „"

+f

Г. Г. Магаэинник l » йА Г н.(„,, елин щ<„„)3 (! — - J политехнический институт им. A.A. Жданова (72) Автор .. изобретения (71) Заявитель (54) НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

С ИСКУССТВЕННОЙ КОММУТАЦИЕЙ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к непосредственным преобразователям частоты и может быть использовано, в частности, для регулирования частоты вращения двигателя переменного тока.

Известны непосредственные преобразователи частоты с естественной коммутацией, предназначенные для регулирования частоты вращения двигателей переменного тока (асинхронных и синхронных), силовая схема которых выполняется обычно по трехфазной нулевой или мостовой схемам (1).

Общий недостаток непосредственных преобразователей частоты с естественной коммутацией — низкая выходная частота, что ограничивает их функциональные возможности.

Известен преобразователь частоты с искусственной коммутацией, выполненный по трехфаэной нулевой схеме и содержащий силовую часть в виде трехфазного моста (на одну фазу выхода) и нагрузку, подключенную одним кснцом через реактор к выпрямительным зажимам этого моста, а другим концом к нулевой точке. Блок искуственной коммутации этого лреобразонателя имеет коммутирующие (по две на фазу) и фильтровый конденсаторы, коммутирующие ! и распределительные тиристорн, переэаряднын тиристор, коммутирующие дроссели и зарядный диодный мост (2).

Недостатками указанной схемы являются сравнительная сложность блока искусственной коммутации и перенапряжения на фильтровом конденсаторе в связи с отсутствием цепей отвода энергии иэ него.

Известен также преобразователь частоты с непосредственной свяэню и искусственной коммутацией, который выполнен по мостовой схеме, имеющий в составе блока искусственной коммутации два коммутирующих и два фильтровых конденсатора, щесть распределительных тиристоров, четыре распределительных диодных моста н два коммутирующих дросселя О3

Недостаток — сложность блока искусственной коммутации, количество диодов и тнристоров в котором .значительно превосходит количество силовых тиристоров преобразователя.

Наиболее близок к предлагаемому непосредственный преобразователь частоты с упрощенной схемой, который ,выполнен по трехфазной нулевой упро(щенной схеме и содержит дна силовых

970601 трехфазных тиристорных моста, выходы которых непосредственно или через перезарядные дроссели подключены к двум Фазам нагрузки. Третья фаза нагрузки подключена к нулевому проводу питающей сети, что допустимо лишь при небольшой мощности преобразователя. При средних и больших мощностях (десятки, сотни киловатт). третья фаза нагрузки так>ке должна подключаться к сети через мост во избежание 10 загрузки нулевого провода. Блок искусственной коммутации содержит трехфазный тиристорный вспомогательный мост, коммутирующие тиристоры, соединенные в однофазный мост, коммутиру ющий конденсатор в диагонали переменного тока этого моста, а также распределительные тиристоры. Искусственная коммутация в этой схеме достигаетсы подключением коммутирующего кон-2О денсатора с помощью соответствующих распределительных тиристоров в "запирающем" направлении к соответствующей группе тиристоров силового моста. форсированн>й перезаряд конденсатора осуществляется через распределительные тиристоры, à его дозаряд — через в помогательный тиристорный мост 14 j.

Схема блока искусственной коммутации прототипа проще, чем схемы вышеприведенных аналогов, однако количество вспомогательных элементов остается достаточно большим. Кроме того, напряжение на коммутирующем ,конденсаторе сильно зависит от нагрузки: при увеличении нагрузки íà- 35 пряжение существенно растет и при перегрузках возможны перенапряжения, Чтобы устранить перенапряжения емкость конденсатора следует завышать с учетом возможных перегрузок по 40 току, что повышает его габариты.

Таким образом, недостатки известного устройства состоят в сложности блока искусственной коммутации и зависимости емкости и габаритов коммутирующего конденсатора от перегрузок по току.

Цель изобретения — упрощение блока искусственной коммутации.

Поставленная цель достигается тем, что в непосредственном преобразователе частоты с искусственной коммутацией, содержащем и> трехфазных тиристорных силовых мостов,вхо-дами подключенных к трехфазной питаФ щеи сети переменного тока, а выходами образующих выходные выводы преобразователя, а также блок искусственной коммутации в виде однофаэного вентильного моста с конденсатором в диагонали переменного тока и рас- 60 пределительных тиристоров, подключенных общими анодами к плюсовому выводу этого однофазного моста, а общими катодами — к его минусовому выводу, и связывающих этим выводы с соответст- 65 вующими группами тиристоров упомянутых силовых мостов, в качестве одной пары диагонально расположенных вентилеи однофазного моста установлены диоды, в качестве другой пары вентилей этого моста установлены полностью управляемые ключи, а плюсовой и минусовой выводы однофазного моста эакорочены в проводящем направлении введенными двумя последовательно соединенными диодами, точка соединения которых предназначена для подключения ее к нулевому проводу питающей сети, что позволяет устранить вспомогательный трехфазный тиристорный мост, переэарядный дроссель и осу-. ществить искусственную коммутацию однополярным фильтровым конденсатором большой емкости.

Таким образом, в предлагаемой схеме упрощен блок искусственной коммутации и практически исключена зависимость габаритов конденсатора от допустимых перегрузок по току.

На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит три силовых трехфазных тиристорных моста 1-18 (возможно m мостов), подключенных входными выводами к сети переменного тока, трехфазную (или m-фаэную) нагрузку 19-21, например статорную обмотку асинхронного двигателя. Блок искусственной коммутации состоит иэ однополярного конденсатора 22, включенного в диагональ переменного тока моста, состоящего из двух полностью управляемых вентилеи 23 и 24 и двух диодов 25 и 26. Мост эашунтирован двумя последовательно соединенными диодами 27 и 28, общая точка которых объединена с нулевым проводом питающей сети. Плюсовый вывод моста 23-26 соединен с анодами трех (m) распределительных тиристоров 29-31, катоды которых подключены к общим катодам

1, 3, 5, 7, 9, 11 и 13, Ы, 17 соответствующих силовых мостов. Минусовый вывод моста 23-26 соединен с катодами трех распределительных тиристоров 32-34, аноды которых подключены к общим анодам 2, 4, 6, 8, 10, 12 и 14, 16, 18 соответствукхцих силовых мостов.

Искусственная коммутация преобразователя осуществляется следующим образом.

Перед началом работы устройства конденсатор 22 заряжается плюсом на нижней обкладке, для чего достаточно кратковременно включить два распределительных тиристора противоположных групп, например 29 и 34, и любую группу вентилей с общим анодом или катодом в любом из силовых мостов.

Иэ-за наличия индуктивностей (íàãðóýки и сети) в цепи заряда конденсатор заряжается до напряжения большего, 970 601 чем напряжение источника, т.е. до напряжения, большего, чем амплитуда фаэного напряжения сети.

Пусть теперь в работакщем устройстве требуется принудительно выключить любой из тиристоров, например

5 тиристор 1. Тогда включают вентили

23, 24 и 29 и конденсатор 22 оказывается подключенным между нулем и фазой сети, питающей тиристор 1, причем плюсовая обкладка конденсатора под-. ключена к катоду тиристора 1, а минусовая — к нулевому проводу сети.

i1ðoèñõoäèò переход тока иэ фазы сети в конденсатор и частичный разряд конденсатора. Тиристор 1 запирается, так 15 как ток через него становится равным нулю. После этого выключают (принудительно) вентили 23 и 24 и ток нагрузки начинает протекать через диоды 25 и 26 и конденсатор 22, поляр- 2р ность которого теперь направлена встречно по отношению к направлению тока. Одновременно включается очередной тиристор силового моста, например тиристор 3. Ток из конденсатора переходит в фазу сети и тиристор 3.

Конденсатор за время перехода тока в очередную фазу заряжается практически до. первоначального напряжения (при необходимости дозаряд конденсатора производится кратковременным включением распределительных тиристо ров аналогично вышеописанному).Коммутация с любого тиристора катодной группы (1-5) на любой тиристор анодной группы (2-4) происходит аналогично вышеописанному. Разница лишь в том, что меняется направление тока в соответствующей фазе нагрузки.

Поскольку конденсатор 22 работает в режиме частичного разряд-заряда, 40 в качестве него может быть использован фильтровый конденсатор достаточно большой емкости при сравнительно небольших габаритах, способный поглотить энергию коммутации без замет- 45 ных перенапряжений даже при значительных кратковременных перегрузках по току.

Положительным свойством предлагаемой схемы является то, что коммутация 50 происходит плавно при малых значениях di/dt так как осуществляется конденсатором большой емкости. Параметры этого конденсатора и время коммутации не зависят от времени восстановления запирающих свойств всех тиристоров, в качестве которых могут использоваться обычные общепромышленные тиристоры.

Только вентили 23 и 24 должны быть

I полностью управляемыми. В качестве их аналогов могут быть использованы два частотных тиристора типа "ТЧ" с любой типовой LС-коммутацией. Эти тиристоры имеют малое время запирания, что позволяет минимизировать величины L и С гасящего контура.

Формула изобретения

Непосредственный преобразователь частоты с искусственной коммутацией, содержащий)л трехфаэных тиристорных силовых мостов, входами подключенных к трехфазной питающей сети переменного тока, а выходами образующих выходные выводы преобразователя, а также блок искусственной коммутации в виде однофазного вентильного моста с конденсатором в диагонали переменного тока и распределительных тиристоров, подключенных общими анодами к плюсовому выводу этого однофаэного моста, а общими катодами — к его минусовому выводу, и связывающих эти выводы с соответствующими группами тиристоров упомянутых силовых мостов, отличающийся тем, что, с целью упрощения, в качестве одной пары диагонально расположенных вентилей однофазного моста установлены диоды, в качестве другой пары вентилей этого моста установ1 лены полностью управляемые ключи, а плюсовый и минусовый выводы однофаэного моста закорочены в проводящем направлении введенными двумя последовательно соединенными диодами, точка соединения которых предназначена для подключения ее к нулевому проводу питающей сети.. источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бернштейн A.ß., Гусяцкий IO.М. и др. Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе. М., "Энергия", 1980, с.271-272.

2. Коробан Н.Т., Мастяев Н.Э., Мыцык Г.С. Сравнительный анализ передаточных характеристик полностью управляемых преобразователей частоты с непосредственной связью с различным числом входных фаз. — В сб.

"Повышение эффективности устройств .преобразовательной техники", ч.2.

Киев, "Наукова думка", 1972, с. 215.

3. Авторское свидетельство СССР

9 325671, кл. Н 02 М 5/30, 1970.

4. Авторское свидетельство СССР

Р 660169„ кл. Н 02 М 5/27, 1976.

970б01

Составитель Г.Мыцык

Редактор Л.Пчелинская Техред А.Ач

Корректор И.Ватрушкина

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

Заказ 8417/71 Тираж 721. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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