Непосредственный преобразователь частоты с искусственной коммутацией тиристоров

 

Союз Советских

Социалмстмческих

Республик

on ислние

g 3O5P ET E H H $I

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (>>) 603074 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено26.01.76 (21) 2316239/24-07 с присоединением заявки №(23) Приоритет— (43) Опублнковано15.04,78.Бюллетень № 14

2 (5!) М. Кл.

Н 02 М 5/297

Государственный комнтет

Совета Министров СССР во делам нзооретвенй н открытий (53) УДК621.314..27 (088.8) (45) Дата опубликования опнсания23.03.78 (72) Авторы изобретения

B. С. Руденко, В. М. Скобченко и В. И. Сенько (71) Заявитель

Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической:революции (54) НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

С ИСКУССТВЕННОЙ КОММУТАЦИЕЙ ТИРИСТОРОВ

Изобретение относится к области преооравовательной техчики и может быть использовано при построении преобразователей, предназначенных, например, для питания частотно-управляемых электроцриводов или для питания других устройств, работающих . на принципе бегущего поля, а также при решении задач стабилизации частоты.

Известны неносрестведенные преобразователи частоты с искусственной коммутапией тиристоров (13 - )31.

Общим недостатком их является сравнительная сложность блоков принудительной ком мутации. . Наиболее близким к предлагаемому по технической сушности и достигаемому результату является преобразователь частоты с искусственной коммутацией тиристоров. содержащий встречно-параллельиО: включенные силовые тиристорные мосты, блок принудительной коммутации, включающий в себя вспо. могательный диодный мост, входом подключенный к входным выводам преобразователя и выходом связанный с диагональю постоянного тока однофазного тиристорного моста, д

2 мост распределительных тиристоров, одной диагональю подсоединенный к выходным выводам, вспомогательные тиристоры, коммутирующие дросселя и конденсаторы, а также блок управления, включающий в себя задающий генератор, распределитель импульсов, датчики фазного тока и логическую часть (4 .

С целью упрощения в предлагаемом преобразователе блок принудительной коммутации преобразователя снабжен мостовой схемой, два плеча которой образованы последовательно;.соединенными конденсаторами и дросселями, а другие два плеча образованы тиристорами, причем одна диагональ этой мостовой схемы подключена к диагонали переменного тока однофазного тиристорного моста, а другая — к другой диагонали моста распределительных тирнсторов, Кроме того мост распределительных тирио торов выполнен так, что он образует собой кон тур из последовательно включенных в проводя шем направлении тирнсторав, что улучшает энергетические показатели преобразователя.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема описываемого преобра603074 зователя при однофазном выходе; на фиг, 2то же при трехфазном выходе.

Для упрощения при построении использованы симисторы.

П (реобразователь частоты с непос осреаственной связью (см. фиг. 1) состоит из силовой схемы, построенной по мостовой схеме на симметричных или встречно-параллельных тиристорах 1-6 (дроссели, последовательно с симметричными тиристорами не показаны), блока принудительной коммутации, состоящего из трехфазного диодного моста 7, подключенного HB cTQpoHe постоянного тока к диагонали постоянного тока одноф "чного тиристирного моста, образованного тиристорами 8-11. B диагональ переменного тока этого моста включена одна.. из диагоналей моотовой схемь|, в два плеча которой включены тиристоры 12 и 13, а в другие два плеча - цепочки, образованйые последовательно соединенными дросселем 14 и коммутирующим конденсатором 1 5 в одном плече и gpocceлем 1 6 и коммутирующим конденсатором 1 7 в другом плече,Ко второй диагонали мостовой схемы подключен распределительный тиристор ный мост,образованный тиристорами 18-21,во вторую диагональ которого включена нагрузка

22 и датчик 23 направления тока нагрузки, свя* занный с блоком управления, который состоит из задающего генератора 2 4, распределителя 25 импульсов и схемы 26 совпадения. Через дроссели 27, 28, 29 преобразователь подключен к сети.

В предложенном преобразователе применен способ формирования кривой выходного напряжения путем циклического подключения на равные промежутки времени нагрузки к линейным питающим напряжениям. При этом алгоритм раооты силовых THpHGTGpoB следуюший:

ДВ(2 и 5)- АС(1-6)ЪС(2 и 6) МЪ(2 и 4)

-АС(3 и 4) ЪС(3. и 5), где АМЪС, AC пинейные напряжения, к которым подключается нагрузка номера тиристоров. 1,2, 3,4,5,6, подключакнцих нагрузку к линейным напряжениям.

Из приведенного алгоритма видно, что поочередно происходит гашение тиристоров

1-3, а затем в плече с тиристорами 4-6.

Предположим, импульсы управления с задающего генератора 24 через распределитель 2 5 импульсов подаются на силовые тиоисторы 1 и 5 и с некоторой задержкой на тиристоры 9, 10, 12 и 13. При этом коммутируюшЛе конденсаторы 1 5 и 1 7 заряжаются с полярностью,. указанной на фиг. 1.

В следуюший момент времени нагрузка пе реключается на другое линейное напряжение, предположим с помошью тиристоров 1 и 6.- Следовательно, необходимо погасить тиристор 5. Для определения,какой коммутируюший конденсатор необходимо подключить параллельно силовому тиристору, последовательно с нагрузкой включен датчик

23 направления тока нагрузки, сигнал которого поступает на схему 26 совпадения.

Сюда же поступают импульсы с управляющего генератора 24 через распределитель

25 импульсов, а с выхода схемы совпадения подаются, в зависимости от направления тока нагрузки, импульсы управления на те или иные тиристоры 18-21. Если гашение происходит в плече с тиристорами 1-3, то распределитель 25 импульсов выдает импульсы управления на тиристоры 8-11 однофазного тиристорного моста. Если же гашение происходит. в плече с тиристорами

4-6, то импульсы управления подаются на тиристоры 9 и 10 однофазного тиристорного моста. Например, если направление тока соответствует направлению)/указанному сплошной стрелкой, то для гашения тиристора 5 подаются управляющие импульсы на тиристор

20. С некоторой задержкой, достаточной для восстановления запирающих свойств ти-. ристора 5, включается тиристор 21, обеспечивая ускоренный перезаряд конденсатора (считаем, что конденсаторы заряжены с полярностью, указанной в скобках), по цепи:

"-" конденсатора 17 — тиристоры 20 и 21- дроссель 14 — конденсатор 15- тиристор 10, источник питания, тиристор 9, дроссель 16

"+" конденсатора 17. В следующий момент необходимо погасить тиристор 1.

После предыдущего коммутационного цикла конденсаторы заряжены с полярностью, указанной без скобок. Тогда для гашения тиристора 1 подается импульс управления на тиристоры 8, 11, 18, а с некоторой задержкой., достаточной для восстановления запираюших свойств тиристора 1, подается импульс управления на тиристор 19, обеспечивая-ускоренный перезаряд конденсатора по цепа "+" конденсатора 17 — тиристоры 18 и 19 — дроссель 14 - конденсатор 15— тиристор 8 — источник питания — тиристор

11 — дроссель 16- - "конденсатора 17.

Для обеспечения первоначального заряда кон денсаторов с полярностью, указанной без скобок, в момент включения преобразователя блок управления выдает импульсы" управления на тиристоры 9, 10, 12 и 13, а также на тиристор, входяший в плечо„содержащее тиристоры 1-3.

Работа преобразователя в трехфазно-трехфазном варианте следуюшая (см. фиг.2 ), где 30-35-симметричные тиристоры, 3639- тиристоры, 40- нагрузка, 41-датчик тока, 42-47-симметричные тиристоры, 48603074 ным Вывода) 1, Вс??о! ?О) а.гепьн?:!е тиристоры, коммутирующие дроссепи и конденсаторы, а также б;.!О)с у?грае?)!ения, Включающий в себя задаю?ц?11! генератор, распределитель импульсов, датчики фазного тока и погическу?О

-)?)СТЬ, ОТ:.1! Ч а Ю)Ц И йС Я ТЕМ, ЧТО, с цепью упро).?-ення, блок принудительной коммутации снабн ен мостовой схемой, два ппе5l-тиристоры, 52-нагрузка, 53-датчик тока, 54-59-диодный мост.

Пусть включ ены тири сто ры 1, 5, 30,. 3 4,, 42,26, тогда ток в нагрузке протекает как показано стрелкой (см. фиг. 2 ). В соответст- ". вии с алгоритмом управления в следук)ший момент неОбхОдимо Выключить тиристоры 5, 34, 46 и включить тиристоры 6, 35, 47.

При полярности коммутирующих конденсаторов, указанной в скобках, они обеснечи- 10 вают гашение в правых плечах силовйх мостов {тиристоры 4-6 и дг)), а при обратнойвлевыхплечах силовых мостов (тиристоры

1-3 и Ap) а

Для выключения тиристора 34 подают "«5 импульс управления на тиристоры 9 и 38.

При этом конденсатор 17 разря ."Вется по и и цепи". + -дроссепь 16- тирнстор 9 — д??од

54 - тиристор 34 — тиристор 38 - "-" и после выключения THpHOTopG 34 HpoQOB)H CT разряжаться через нагрузку по пепи: и+и дроссель 16 - тиристор 9 диод 56 — тиристор 30 — нагрузка 40 — датчик 41 — тнристор 38В это же время для выключения тирнстров 5 и 46 пода)от импульсы управления На тиристоры 10, 21 и 51. Образуются два контура разряда конденсатора 15. Первый контур: и+и — дроссель 14 -тиристор 21— тиристор 5 - диод 59 — тиристор 10 -"-" и,после выключения тиристора 5 цепь разряда изменяется и+и — дроссель 14 — тцристор 21 — нагрузка 22 — датчик 23 — тивпстор 1 - диод 58 — тиристор 10 — "-", BTO.рой контур: и+и -дроссель 14 — тиристор 51=- тиристор 46 — диод 58 — тиристор 10 — "-" и после выключения тиристора 46 конденсатОр раэряжаЕтСя ПО ЦЕПИ: и+и- дрОССЕП? 14тиристор 51 — датчик 53 — нагрузка 52— тиристор 42 — диод 57 — тиристор 10— и и и

Посйе подачи, через время, равное времени восстановления запирающих свойств тиристоров 5, 34, 46, импульсов управления на тиристоры 12. и 13 происходит ускорен45 ный перезаряд коммутирующих конденсаторов с полярностью, указанной без скобок (фиг. 2), а тиристоры 21, 38, 51 под действием обратного напряжения восстанавливают свою запирающую способность. Сдпо50 временно с подачей импульсов на тиристоры

12 и 13 подают .импульсы на вкпючегц?е очередных силовых тиристоров 6, 35, 47, Следующий коммутационный цикл должен обеспечить гашение тиристоров 1, 30,42.

Направление токов осталось прежним. При этом подают импульсы управления на тиристоры 8 и 11 однофазного моста и на тиристоры 19, 36, 49 распределительного

60 моста.

Конденсатор 17, разряжаясь по цепи

"+" — тнрнстор 35 — тиристор 30 — диод

59 — тиристор 1 1 -дроссель 16 — "-", включает тиристор 30 н продолжает разряд по пепи:, +" - тиристор 35 - нагрузка

40 - датчик 41 — тиристор 34 - диод 57THpHcTop ll-дроссель 16- -".Конденсатор

l5 образует два.контуракоммутации: первый

"-" -дроссель 14-тиристор 19-тирнстор 1 -диод 55 — тиристор 8 — "+" и после выключения тиристора 1 продолжает разряд по цели:

У/ Ф вЂ” дроссель 14 — тиристор 19 — дат- чик 23 - нагрузка 22 -,тиристор 5 - диод

56 — тнристор 8- "+". Второй контур "-и дроссель 14 — тиристор 49 — тнристор 42диод 54 — тиристор 8 — и+" и после вь)клю«е)п)я тцгцстора 4 ? продолжает разряд по ц=пп: ",.-" -дроссепь 14 — тнристор 49—

í" ãðóçêà 52 — датчик 53 — тиристор 46— диод 55 — тнрнстор 8 — +".

Через время, равное времени восстанов.!ВИHI) зап))рге)О?цпх CBOAcTB THp)ICTop 1,30, 4, подают импульсы на включение тцристоров 18, 37 и 48. При этом остаются г !Еп)оченнымн тиристоры 8 и 11, Сбразуется контур дпя перезаряда конденсаторов по цепи: "+" трехфазного мостового выпрям!!те:!я (Общая точка катодов) - тнристор

11 — дро сель 16 — конденсатор 17 - тнрис;: op 18 — тигнстор 19 — (параллельно 36, ;> i, -;с, 4=), — дроссепь 14 — конденсатор

О-,.) с,, с 1

1 5 — т!1р)?сто ) 8 — "-" трехфазного мостоВого Веп?рнен?теля. Прн этоw конденсатор пере;?аряжается с ).олярностью указанной в и скобах, а г))г)1?cãopE:E 18, 19, 36, 37, 48; с 9 Выключаются. На этом заканчивается по?нный ш?кп 11аботы узла коммутации.

Формула изобретения.1. Нопосрецстг:;:)EIEI:E)E преобразователь частоты с ) Ec I?yccтвенной кО м му т ягнlе и тиристо ров, содержащий встречно-параллельно вкпюче)?ные с)ц?ОВ?.)е т!)р!?стор)11.!е мосты, блок принудите)!ь1?0й? к м. 1 YHI1111 е кеночаюший В себя Вспомогатеп) ный диодш гй мост, входом

Подкл)ОЧЕ)?1!)и?й К ВХОЕ?Н?!!vE ВЬ?1)одс)М ПрЕОбраЗоваТЕЛЯ И В Ь!ХОДс) М СВ)?зан)?1 )Й С ДИЯГОНаПЬ)О постоя)ц?ОГО тока ОднофазнОГО тнристорнОГО моста, мост р:снредепнтеп).пь?х тиристоров, одной диагональю подсоеднненный к выход60307,4 ча которой образованы последовательно соединенными конденсаторами. и дросселями, а другие два плеча образованы тиристорами, причем одна диагональ этой мостовой схемы подключена к диагонали переменного тока однофазного тиристорного моста, а другая— к другой диагонали моста распределительных тнристоров.

2. Непосредственный преобразователь частотыпопв1,Отличающийсяв тем, что, с целью улучшения энергетических показателей, мост распределительных тнристоров выполнен в виде контура из.последовательно включенных в проводящем направлении тиристоров.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

N . 180689, кл. 21 d 14/02, 1965ã.

2. Авторское свидетельство СССР

N0 213958, кл. 21 д 14/02, 1965.

3. Авторское свидетельство СССР Мо 309435, кл. 21 d 14/02; 1968.

4. Коробан Н., Мастяев Н. 3. и Мыцык Г. С.

Построение и классификация непосредственных преобразователей частоты с искусственной коммутацией., "(;овременные задачи преобразовательной техники", ч. 2, Киев, 1975, с. 132-140.