Преобразователь частоты Советский патент 1985 года по МПК H02M5/27 H02M7/515 

Изобретение относится к силовой преобразователыюй технике и может быть использовано в тиристорных комплексах для централизованного электроснабжения -больших групп потребителей, в системе бесперебойного пита ния и в других преобразовательных устройствах. Известел преобразователь частоты состоящий из регулятора постоянного напряжения и нескольких объединенных по выходу инверторов, каждый из которых снабжен трансформатором тока, первичные обмотки которых включены с одинаковой полярностью между соответствуютцими инверторами и фазой сети, а вторичные обмотки соединены последовательно также с одинаковой полярностью 1j. Однако данное устройство,.,отличаясь значительной массой и габаритами за счет уравнительных трансформа торов тока, не обеспечивает достаточ ной эффективности деления тока между отдельными инверторами в широком ди апазоне нагрузок, так как настраива ется на фиксированную величину разбаланса выходных токов ин1 ерторов. Известен также преобразователь частоты, содержащий два объединенны по выходу инвертора, регуляторы пос тоянного напряжения в цепи питания каждого инвертора с установленными на их выходах ЬС-фильтрами,блок управления регуляторами датчики тока в цепи питания инверторов и узел сравнения сигналов 2J. Однако в этом устройстве не реше на задача распределения нагрузки в случае двух инверторов одинаковой мощности, что ограничивает область его применения. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь частоты, содержащий объединенные по выходу:инверторы,ре гуляторы постоянного напряжения в цепи питания каждого инвертора, вып ненные в виде несимметричных мостов с объединенной анодной группой с ус тановленными на их выходах Г-образн ми ЦС-фипьтрами, блоки управления р гуляторами, датчики тока в цепи пит .ния инверторов, узлы сравнения сигналов, а также сумматор и делитель, соединенные последовательно, и усилители,, входы которых соединены с выходом делителя, причем выход каждого из датчиков тока подключен к о 30 из, входов сумматора, а выходы усилителей подключены к одним из входов узлов сравнения, другие входы которых соединены с выходами соответствующих датчиков тока, при этом выходы узлов сравнения подключены к входам соответствующих блоков управления регуляторами. В этом устройстве обеспечивается заданная .загрузка произвольного количества объединенных по выходу инверторов во всем диапазоне изменения параметров нагрузки. В результате этого может быть достигнута предельная мощность преобразовательного агрегата. Структура выпрямительной части преобразователя реализуется .минимальным количеством управляемых вентилей . Однако это устройство характеризуется значительными массой и габаритами за счет LC-фильтров, количество которых равно количеству объединенных по выходу инверторов. Цель изобретения - улучшение мае- согабаритных показателей. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе частоты, содержащем N объединенных по выходу инвер горов, регуляторы постоянного напряжения, выполненные в виде N несимметричных мостов с совмещенной анодной группой, своими выходами через фильтрующие индуктивный элемент, конденсаторы и датчики тока связанные с силовыми входами N инверторов, причем конденсаторы одними своими . обкладками подключены к одним одноименным по полярности силовым входам инверторов, а другим - объединены между собой, а также N блоков управления регуляторами, входами подключенных к выходам N узлов сравнения, одни входы которых к выходам датчиков -Еока подключены непосред.ственно, а другие - через последовательно связанные между собой уситтители, делитель и сумматор с N входами, общая точка конденсаторов через введенный дополнительный конденсатор и выполненный в виде одного общего реактора индуктивный элемент подключена к выводу постоянного тока совмещенной анодной группы указанных мостов. На чертеже показана схема предлагаемого .устройства. Преобразователь частоты содержит N объединенных по выходу инверторов 1, регуляторы 2 постоянного напряже ния, выполненные в виде несимметричных мостов с совмещенной анодной группой, фильтрующие конденсаторы 3, одни выводы которых соединены между собой, другие подключены к входам инверторов 1, а также блоки 4 управления, датчики 5 тока, узлы 6 сравнения, сумматор 7 и делитель 8, соединенные последовательно, и усилители 9, входы которых соединены с выходом делителя 8, причем выход каждого из датчиков 5 тока подключен к одному из входов сумматора 7, а выходы усилителей 9 подключены к одним из входов узлов 6 сравнения, другие входы которых сое динены с выходами соответствуювщх датчиков 5 тока, при этом выходы узлов 6 сравнения подключены к входам соответствующих блоков 4 управления. Схема преобразователя содерж также сглаживающий реактор 10, один вывод обмотки которого подключен к анодной группе регуляторов 2, и конденсатор 11, один вывод которо го связан с общей точкой соединения .фильтрующих конденсаторов 3, при этом другие выводы обмотки реактора 10 и конденсатора 11 подключены к точке соединения одних входов инверторов 1, а другие входы которых соединены с выходами регулятора 2. Предлагаемый преобразователь частоты работает следуюп м образом В качестве управляющих воздейстрий при регулировании токов 1 ;потребляемых инверторами 1,используются напряжения питания инверторов Uj/, подаваемые с выходов LC-фильтр Этот фильтр включает в себя общие для всех инверторов реактор 10 и конденсатор |1, а также конденсатор 3, количество которых равно N. В силу малости сопротивления входной цепи инверторов не большого изменения напряжения U достаточно для значительного перераспределения токов . Поэтому можно считать, ч мощность Pjfc, потребляемая k-ьм ин вертором, пропорциональна его входному току Т.. Управляющие сигналы регуляторами 2 постоянного напряжения формируются следующим образом, Сигналы, пропорциональные токам Ij,, с датчиков 5 поступают на сумматор 7 и далее на делитель 8 с коэффициентом передачи 1/N. .С выхода делителя 8 снимается сигнал, пропорциональный среднеарифмет-ическЪму значе,нию входных токов инверторов 1 . Этот сигнал поступает на входь усилителей 9, количество которых равно N. Коэффициент передачи i. V-ro усилителя 9 пропорционален номинальной мощности соответствующего инвертора. ПрГи этом коэффициент у- подбирают так, чтобы выполнялось условие Выходные сигналы усилителей 9 служат вычисляемыми уставками системы автоматического распределения токов. Сравнение этих сигналов с выходными сигналами датчиков 5 тока осуществляется узлами 6 сравнения, выходные сиг-, налы которых служат управляющими воздействиями системы регулирования. Блоки 4 управления вырабатывают сигналы управления тиристорами регуляторов 2. Сигналы рассогласования подаваемые с выходов узлов 6 сравнения, в блоках 4 складываются с сигналом рассогласования основного контура регулирования по выходному напряжению. В результате ьтого угол управления o(v Я-го регулятора является суммой двух составляющих , оставляющая, определяемая отклонением выходного напряжения преобразователя от заданного значения; Д)- с.оставляюшая, определяемая отклонением тока I J От W о величины I Для того, чтобы показать эффективность предлагаемого решения, оценивают энергию, запасаемую в конденсаторах фильтров в прототипе и в предлагаемом варианте. Вводят параметр Ь , представляющий собой отношение напряжения U на бщем конденсаторе 11 с емкостью С - напряжению U на добавочном кон- ,. енсаторе 3, емкость С , т.е. Ъ Ufl / и. При этом под напряжением онимается максимальное по модулю начение напряжения на конденсаторе . Эта величина тем меньше, чем более чувствительны схемы инверторов к управлению входными токами Ij с помощью напряжений питания Uj IМожно считать, что величина Ъ не меньше 10-20%, т.е. добавочное напряжение не превышает 5-10% от полного напряжения питания.

Минимальная энергия , записанная в фильтрующих конденсаторах прототипа, определяется минимальным значением напряжения на этих конденсаторах, которое можно считать равным

m,

Оценивают величину емкости С kго фильтрующего конденсатора в схе ме прототипа. Для того, чтобы фильтры в известной схеме давали такое же сглаживание, как и в предлагаемом устройстве, емкости С, Сд и С должны удовлетворять соотношению с () Обозначают через отношение т.е. CT SCg. Величина 5 выбирается таким образом, чтобы величина С не была заметно меньше С. Та как. с. -/,|- , . то достаточно взять 5 10. С учетом приведенных соотношений искомое минимальное значение энергии

конденсаторов фильтра в прототиределяется из выражения .2

си

5(b-l|

mm

.

N . N Ь(5И) Imin

C.Uj/2.

где W

с о

Находят максимальную энергию

2 тих

запасаемую в батарее филь Предлагаемого устройства

С и

V W N-1-1--. 2 max о 2

или после соответствующих преобваний

W. 2 тдк

Вычитая , находят личину гарантированного мтгрыш энергии

(...

NS

W W I

2mo()c e Полагают для примера, что , 5 10, S 15, тогда из последнего выражения получают . 2,74 «оКроме того, положительный эффект изобретения обусловлен еще и тем, что в нем применен один сглаживающий реактор, масса, габариты и стоимость которого ориентировочно в VN раз меньше, чем соответствующие суммарные величины М сглаживающих реакторов устройства Гз..

с

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержащий N объединенных по выходу инверторов, регуляторы постоянного напряжения, выполненные в виде N несимметричных мостов с совмещенной анодной группой, своими выходами через фильтрующие индуктивный элемент, конденсаторы и датчики тока связанные -с силовыми входами М инверторов, причем конденсаторы одними своими обкладками подключены к одним одноименным по полярности силовым входам инверторов, а другими объединены между собой, а также IV блоков управления регуляторами, входами подключенных к выходам N узлов сравнения, одни входы которых к выходам датчиков тока подключены непосредственно, а другие через последовательно связанные между собой усилители, делитель и сумматор с N входами, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей, общая точка конденсаторов через введенный дополнительный конденсатор и W выполненный в виде одного общего реактора ИНДУКТИВНЫЙ элемент подключена к выводу постоянного ,тока совмещенной анодной группы указанньсх мостов. 4i сл