Статический преобразователь частоты

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

238656

Сбюз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Кл. 21d-, 14/01

21d -, 14/02

Заявлено 23.VI 11.1966 (№ 1098632/24-7) с присоединением заявки № 1122656/24-7

Приоритет

Опубликовано 10Л11.1969. Бюллетень № 10

Дата опубликования описания 17.VI 1.1969

МПК Н 02m

Н 02m

УДК 621.314.27(088.8) Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Авторы изобретения

Т. А. Глазенко, P Б. Гончаренко, Д. А. Завалишин, В. Ф. Шукалов, Ю. С. Аполонов и А. В. Иванов

Заявитель

СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Йзвестный статйческий преобразоватеЛь ча стоты, содержащий выпрямитель, автономатый ин вертор и группу обратных вентилей имеет невысокий к. п. д. и не обеспечивает надежной работы в режиме рекуперации.

ЦеЛь изобретения — повыШение к. п. д. и обеспечение надежной работы в режиме реку1терации.

Основной отличительной особенностью предлагаемого преобразователя является то, что

Ьн снабжен дополнительным, ведомым сетью инвертором, питающимся от группы обратных вентилей и подключенным ко входу выпрямителя.

На фиг. 1 представлена принципиальная схеМа преобразователя с принудительной коммутацией; на фиг. 2 — диаграмма подачи управляющих импульсов на вентили автономного инвертора по схеме на фиг. 1; на фиг. 3— принципиальная схема преобразователя с емкостной коммутацией и с входными трансформаторами; на фиг. 4 — принципиальная схема преобразователя с емкостной коммутацией без входных трансформаторов; на фиг. 5 показаны эпюры токов и напряжений преобразователей по схемам на фиг. 3 и 4.

Преобразователь питается от источника переменного напряжения постоянной частоты через управляемый выпрямитель 1, собранный по известной мостовой схеме и состоящий из управляемых вентилей 2 — 5. Постоянно регулируемое по величине напряжение с выхода управляемого выпрямителя 1 подается на фильтр постоянного напряжения из конденсатора б и дросселя 7 и далее на вход автономного тиристорного инвертора 8. Для фильтрации постоянного напряжения, подаваемого на вход автономного инвертора 8, принципиально можно использовать и более сложные 1 С10 фильтры. Вентили 9 — 14 автономного ннвертора 8 служат для последовательного переключения постоянного напряжения Ud> с выхода управляемого выпрямителя 1 к выходным зажимам преобразователя частоты, к которым и подключается нагрузка преобразователя.

При последовательной подаче управляющих сигналов на вентили автономного инвертора на зажимах нагрузки преобразователя образуется трехфазное напряжение с частотой первой

20 гармонической. равной и.

Гашение, вентилей 9 — 14 обеспечивается энергией, запасаемой в коммутирующих конденсаторах 15, При гашении этих вентилей напряжение коммутирующих конденсаторов 15

25 прикладывается к основным вентилям 9 — 14 в Нх непроводящем направлении с помощью вспомогательных управляемых вентилей 1б—

21. Общая анодная точка вентилей 1б, 18, 20 подключена к «+» левого по схеме источни30 ка 22, общая катодная точка вентилей 19, 21, 23865Ь

10

17 подключена к « — » правого по схеме источни.ка 28.

Между нагрузкой преобразователя и ведомым инвертором 24 включены по схеме трехфазного моста обратные неуправляемые вентили автономного инвертора 25 — 80, обеспечивающие передачу реактивных токов нагрузки в ведомый инвертор 24, Эти же вентили при работе нагрузки в генераторном режиме обеспечивают:передачу энергии из нагрузки в ведомый инвертор 24.

Ведомый инвертор 24 состоит из управляемых вентилей 81 — 84, включенных по схеме трехфазного моста. К зажимам постоянного тока ведомого инвертора 24 подключен фильтр постоянного напряжения, состоящий из конденсатора 85 и дросселя 8б. (Для фильтрации постоянного напряжения, подаваемого на вход ведомого инвертора 24, принципиально можно использовать и, более сложные LC-фильтры).

Общая анодная точка анодной группы вентилей ведомого инвертора 24 подключается к общей точке катодной группы 87 вентилей обратного тока, общая катодная точка катодной группы вентилей ведомого инвертора 24— к общей анодной точке анодной группы 88 вентилей обратного тока. Зажимы переменного тока ведомого инвертора 24 соединены с питающим преобразователь источником переменного напряжения постоянной частоты.

В качестве источников постоянного:коммутирующего напряжения 22, 28 могут быть использованы управляемые или неуправляемые вынрямители, питаемые через трансформатор от источника переменного напряжения постоянной частоты, На управляемые электроды вентилей 2 — 5 подается набор коротких импульсов с частотой повторения, равной частоге питающего напряжения. Импульсы на вентили 2 и 8 подаются одновременно, импульсы на вентили 4 и 5— со сдвигом по фазе 180 относительно импульсов на вентили 2 и 8. При изменении фазового сдвига сории управляющих импульсов выпрямителя 1 относительно питающего выпрямитель напряжения будет изменяться среднее значение напряжения на выходе выпрямителя, что даст возможность регулировать величину выпрямленного напряжения. 1 С-фильтр на выходе выпрямителя уменьшает пульсации выпрямленного напряжения.

Постоянное напряжение У,п с выхода выпрямителя поступает на вход автономного инвертора 8.

При подаче управляющих импульсов на вентили 9 — 14 в соответствии с диаграммами а, 8, д, ж, з, и, к на фиг. 2 и при условии гашения этих вентилей в момент прекращения подачи на них управляющих импульсов на выходе инвертора образуется трехфазное переменное напряжение, первая гармоническая которого будет иметь угловую частоту о.

Рассмотрим работу автономного инвертора для случая активно-индуктивной двигательной нагрузки при коэффициенте мощности нагрузки ю)гр)0,5.

Начнем рассмотрение с момента cot= — диа3 граммы на фиг. 2. Пусть непосредственно перед этим моментом все вентили 25 — 80 находились в непроводящем состоянии. До этого момента нижний по схеме конденсатор 15 был заряжен до некоторого напряжения с полярностью, указанной на фиг. 1. До момента

cot = — были включены вентили 9, 18, 14.

В момент cot= — подается управляющий сиг3 нал на вентиль 20, и он включается. Тогда напряжение нижнего конденсатора 15 будет приложено к вентилю 18 в его непроводящем направлении, и этот вентиль погаснет. Нижний по схеме конденсатор 15 перезаряжается током нагрузки преобразователя до тех пор, пока потенциал зажима!11 нагрузки преобразователя не станет равным потенциалу зажима «+» моста обратного тока автономного инвертора 8, а потенциал зажима I нагрузки преобразователя равным потенциалу зажима

« — » моста обратного тока автономного инвертсира 8.

После этого включаются вентили 25 и 2б и происходит передача реактивного тока из нагрузки преобразователя в ведомый инвертор 24.

После изменения направления тока в фазе 1П нагрузки преобразователя включится вентиль 10 автономного инвертора 8, сигнал на который был подан с некоторой задврж7С кой у по отношению к моменту (ut= —. 3a3 держка у в подаче управляющих сигналов на вентили 9 — 14 необходима для предотвращения .короткого замыкания выхода управляемого выпрямителя через вентили 10 — 18, 11 — 14 или 9 — 12, что может привести к срыву, коммутации автономного инвертора. Время задержки в подаче управляющих сигналов на основные вентили должно быть таким, чтобы за это время отключаемый основной вентиль успевал восстановить свои запирающие свойства. Для более надежного перезаряда коммутирующих конденсаторов и подготовки их к следующей коммутации предлагается на вспомогательные вентили lб —.21 подавать сдвоенные импульсы управления с некоторым интервалом между первым и вторым импульсом. Этот интервал

7L удобно сдел ать р а вны м

Дальнейшая работа автономного инвертора 8 при cos y)0,5 ясна из рассмотрения диаграмм на фиг. 2.

При коэффициенте мощности двигательной нагрузки cOS (p(0,5 в момент ю1= — ток Hа °

3 грузки может проводить вентиль 25 вместо вентиля 9 и вентиль 80 вместо вентиля 14, од" ко работа инвертора 8 при этом не будет

238656 существенно отличаться от его работы на двигательную нагрузку с cos р)0,5.

В генераторном режиме работы нагрузки длительность включенного состояния вентилей

25 — 80 увеличится еще больше по сравнению со случаем двигательной нагрузки с cosy(0,5.

В этом варианте со стороны автономного инвертора 8 передается только мощность, необходимая для создания магнитного потока в нагрузочном двигателе преобразователя (если преобразователь нагружен на асинхронный двигатель); активная мощность нагрузки передается через вентили 25 — 80 в ведомый инвертор 24.

Ведомый инвертор 24 в режиме двигательvoé нагрузки обеспечивает возврат реактивной энергии .из,нагрузки в питающую сеть переменного напряжения. В режиме генераторной нагрузки преобразователя, ведомый инвертор

24 обеспечивает передачу активной энергии, вырабатываемой, нагрузкой, в питающую сеть переменного напряжения.

Для уменьшения пульсаций тока на входе ведомого инвертора 24 последний подключается:к группам вентилей обратного тока 87 и 88 автономного инвертора 8 через индуктивно-емкостный фильтр, состоящий из дросселя 86 и конденсатора 85.

На вентили 81 — 84 ведомого инвертора 24 подается набор коротких импульсов с частотой повторения, равной частоте питающего преобразователь напряжения. Импульсы на вентили 81 и 82 подаются одновременно; импульсы на вентили 4 и 5 — со сдвигом по фазе на 180 относительно импульсов на вентили 28. Фазовый сдвиг управляющих сигналов ьедомого инвертора 24 подбирается таким, чтобы включение вентилей ведомого инвертора 24 происходило в тот момент, когда напряжение питающей сети переменного тока направлено встречно по отношению к проводящему направлению включающихся вентилей ведомого инвертора 24. В этом случае ведомый инвертор 24 будет:передавать энергию из нагрузки преобразователя в питающую сеть переменного напряжения. Изменяя фазовый сдвиг серии управляющих импульсов ведомого инвертора 24 относительно напряжения питающей сети переменного тока, можно регулировать величину тока, потребляемого ведомым инвертором от группы обратных вентилей автономного инвертора 8 и, следовательно, регулировать величину напряжения (1л на зажимах постоянного тока группы обратных вентилей. Напряжение У желательно поддерживать примерно равным напряжению У,ц на входе автономного инвертора с тем, чтобы не допустить черезмерного искажения формы кривой напряжения на нагрузке преобразователя.

Вспомогательные источники постоянного коммутирующего напряжения 22 и 28 обеспечивают надежный запуск автономного инвертора 8 при наглухо подключенной к его зажимам нагрузке. В случае отключаемой на время запуска автономного инвертора 8 нагрузки этот инвертор достаточно хорошо запускается при отсутствии источников 22, 28, поэтому в этом случае нет необходимости в их установ ке, и общую анодную точку, вспомогательных вентилей можно подключить непосредственно к общей анодной точке основных управляемых вентилей автономного инвертора 8, а общую катодную точку вспомогательных управляемых вентилей автономного инвертора 8— и общей катодной точке основных управляемых вентилей этого же инвертора.

Выпрямитель 89 (см. фиг. 3) с Г-образным сглаживающим фильтром 40 предназначен для питания основной группы управляемых вентилей оконечного инвертора 41. Группа неуправляемых вентилей обратного тока 42 че рез Г-образный сглаживающий фильтр 48 подключена к зависимому инвертору 44, выполняющему роль источника лротиво- э.д.с., обладающего обратной проводимостью.

На приведенных принципиальных схемах преобразователя частоты (см. фиг. 3 и 4) показано применение оконечного инвертора с ком25 мутирующим звеном из конденсаторов 45, отсекающих диодов 46 и коммутирующего дросселя 47. В данном выполнении схемы преобразователя частоты принципиально могут быть использованы инверторы с другими коммути30 рующими звеньями — индивидуальными, общими на фазу, общими для анодной и катодной групп вентилей инвертора, общими для инвертора.

Входные трансформаторы 48, 49 принципиЗ ально могут быть объединены в один трехобмоточный трансформатор или один H3 них может отсутствовать, что не ведет к образованию потенциальной связи входов переменного тока выпрямителя 89 и обратного инвертора 44 и

40 не вызывает необходимости разделения индуктпвностей 50, 47, 51. Прп питании звеньев преобразователя частоты 89 и 44 от общих знаков (см. фпг, 4) индуктивностп должны быть рассредоточены на индуктивности 52 — 57. распо4 ложепные в аноднои и катодной группах вентилей для обеспечения симметричной работы э их групп.

При регулировании выходной частоты преобразователя изменение выходного напряжения

50 в соответствии с законом частотного регулирования осуществляется одновременным согласованным изменением углов управления вентилями выпрямителя и обратного инвертора— а и р, Г-образные сглаживающие фильтры 40 и 48 не препятствуют колебаниям мгновенных значений постоянных токов вентильных групп

41 и 42. Такие пульсации токов i и!л оказываются наиболее глубокими при индуктивной нагрузке оконечного инвертора 41, что ил60 люстрируется зависимостями id> (t), аг (1) представленными на фиг. 5.

Данное выполнение схемы преобразователя частоты позволяет получить следующие положительные свойства, которыми не обладают

65 известные схемы преобразовате,чей частоты:

238656

1) обеспечение режима рекуперативного торможения регулируемого привода и генераторното режима работы электрической машины при отсутствии переключений в силовой цепи преобразователя и в цепях управления;

2) отсутствие .циркуляции уравнительных токов между управляемым выпрямителем и зависимым инвертором;

3) преобразователь частоты обладает лучшим быстродействием при переводе нагрузки из одного режима в другой вследствие непрерывности работы вентильных групп и постоянства направления токов в индуктивностях оглаживающих фильтров;

4) промежуточные цепи постоянного тока в предлагаемом преобразователе более уравновешены, чем в других известных схемах, что позволяет уменьшить емкость сглаживающих фильтров;

5) при выполнении оконечного инвертора с наиботее простым коммутирующим звеном из конденсаторов, малой индуктивности и отсекающих диодов в схеме инвертора не образуются послекоммутационные короткозамкнутые контуры, в которых в известных схемах цирку.;ирует начальный ток индуктивности.

Предмет изобретения

1О

Статический преобразователь частоты, содержащий выпрямитель, автономный инвертор и группу обратных вентилей, отличаюи ийся тем, что, с целью увеличения к, п. д. и обеспе1S чения надежной работы в режиме рекуперации, он снабжен дополнительным, ведомым сетью инвертором, питающимся от группы обратных вентилей и подключенным ко входу указанного выпрямителя,