Преобразователь частоты Советский патент 1985 года по МПК H02M5/27 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в частотно-регулируемо электроприводе, где источником питания является переменное однофазное или многофазное напряжение, подаваемо на вход преобразователя через многообмоточный трансформатор.

Цель изобретения - улучшение энергетических показателей путем повышения входного коэффициента мощности.

На фиг. 1 приведена силовая схема преобразователя частоты; на фиг. 2 - 3 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя частоты; на фиг. 4 - кривая изменения коэффициента мощности зе в зависимости от изменения угла регулирования cL предложенного устройства по сравнению с отсутствием регулирования реактивной мощности преобразователя частоты.

Преобразователь частоты (фиг. 1) содержит на входе многообмоточный трансформатор 1 с одной первичной обмоткой 2 и тремя вторичными обмотками 3-5 соответственно низкого, среднего и высокого уровней напряжения, которые подключены к входам трех соответству1ющих выпрямительных 6-8 и реверсивных 9-11 вентильных мостов. Через соответствующие блоки 12 - 14 искусственной комутации и сглаживающие фильтры 15-17 одни выводы постоянного тока вентильных мостов образуют выводы высокого 18, среднего 19 и низкого 20 уровней постоянного напряжения, а другие выводы вентильных мостов объединены и образуют общий вывод 21 всех трех уровней постоянного напряжения. Эти выводы уровней постоянного напряжения и их общий вывод посредством коммутатора 22, выполненного из неуправляемых и полностью управляемы вентилей, подключены к шести выводам 23-28 трех выходных фаз преобразователя. При помощи распределительных тиристоров 29 блоки 30-33 искусственной коммутации связаны с выводами выходных фаз преобразователя. Кроме того, блоки 12, 13, 14, 30, 31, 32 и 33 искусственной коммутации аналогичны по исполнению.

Рассмотрим работу устройства (фиг. 1), для случая, когда входное

напряжение однофазное, а нагрузка трехфазная.

Входное переменное напряжение сети подается на первичную обмотку 2 5 входного трансформатора. С вторичных обмоток 3-3 напряжение поступает на реверсивные вьшрямители низкого, уровня 6 и 9, среднего уровня 7 и 10, высокого уровня 8 и 11. В выпрямительном режиме реверсивных выпрямителей работают тиристорные мосты 6-8, т.е. энергия от источника поступает к потребителю, а в инверторном режиме - тиристорные мосты 9-11,

т.е. энергия от потребителя передается источнику. Выходные напряжения выпрямителей сглаживаются фильтрами 15-17 и поступают на выводы 18-20 трех уровней постоянного напряжения

0 и к общему выводу 21 всех трех

уровней. Значение постоянного напряжения на выводах высокого 18, среднего 19 и низкого 20 зфовней может быть плавно изменено фазовым регулированием соответствующих выпрямительных 8, 7и6и реверсивных 11, 10 и 9 мостов как с отстающим, так и с опережающим углом сдвига гармоники тока сети. Искусственная коммутация

0 тиристоров вентильных мостов с 6 по 11 осуществляется блоками 12-14 коммутации. Напряжение от выводов 18-21 постоянного тока к шести выводам 23-28 подключается ключевьми

5 элементами коммутатора 22 при помощи блоков 30-33 искусственной коммутации и мостов распределительных тиристоров 29. Кривые выходного нап., ряжения и,. , и35 и Ujg и тока

37 за 39 (фиг. 2) при помощи коммутатора 22 формируются из трех ступеней уровней 18-20 напряжения по принципу инвертора. Каждый полупериод синусоиды вькодного напряжения формируется из пяти прямоугольников.

Аналогично указанному работают остальные ключевые элементы средней фазы преобразователя в режиме отдачи

Q мощности обратно во входную сеть преобразователя, а также остальные тиристоры преобразователя частоты.

Процессы переключения в преобразователе осуществляются в начале каждого такта, а также в интервале такта при достижении нулевого значения выходного тока преобразователя и переключении входного напряжения при формировании соответствующих уровней постоянного напряжения. Во все вышеуказанные моменты вре мени формируют импульсы управления системой управления, которая представляет параллельное включение блоков генератора тактовой частоты, регулятора значения выходного напряжения и индикатора анодных и като ных тиристорньк групп на блок логического автомата. Диаграммы выходных напряжений вентильных мостов реверсивных выпря мителей (фиг. 3) показывают компенсацию реактивной мощности в двух разных режимах преобразователя: Т - в режиме потребления активной мощности; Т2 - в режиме компенсатор реактивной мощности. Кроме того, показаны U , U(4 и U выходное напряжение вентильных мост реверсивных вьшрямителей нижнего, среднего и высокого уровня соответственно; - угол включения тирист ра в вентильных мостов; /3 и /J углы выключения тиристоров вентильных мостов блоками искусственной коммутацией. Компенсация реактивной мощности может осуществляться на всех уровнях напряжения (фиг. 3) или по отдельным уровням. На фиг. 4 показаны кривые измеления коэффициента мощности зе. в зависимости от угла регулирования напряжения oi , т.е. величины напряжения ступеней при фазовом регулировании напряжения (непрерывная кри 394 вал) и регулирование предлагаемым устройством (заштрихованная область) . Коэффициент мощности предлагаемого устройства поддерживается на уровне не ниже 0,95. Технические преимущества предлагаемого преобразователя по сравнению с известным заключаются в том, что применение в выпрямителе реверсивных мостов с искусственной коммутацией позволяет обеспечить двзгхсторонний обмен энергией между источником и нагрузкой, регулировать реактивную мощность, а также осуществить равномерное, по трем уровням упряжения, регулирование напряжения преобразователя. Предлагаемый преобразователь поддерживает коэффициент мощности на максимально возможном уровне или при постоянной величине выпрямленных напряжений генерирует величину реактивной мощности (фиг. 3, режим Т2), что позволяет отказаться от входных фильтрокомпенсирующих устройств. Применение мостов противоположной проводимости позволяет также обеспечивать двухсторонний обмен энергией, т.е. отдавать в сеть активную мощность, когда асинхронный двигатель находится в тормозном режиме. Работа прямо не связанных трех выходных фаз преобразователя предложенного устройства стабилизирует работу преобразователя с двигательной нагрузкой, что устраняет трудности практического применения преобразователей в электроприводе.

zi

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержащий многообмоточный трансформатор, разновитковые вторичные обмотки которого подключены к входам трех вентильных мостов, выводы постоянного тока которых связаны с каждым из трех выходных выводов преобразователя через ключевые элементы в виде встречно-параллельно включен ных неуправляемого и полностью управляемого вентилей, причем одни одноименные по полярности выводы двух мостов между собой объединены, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей путем повышения входного коэффициента мощности, выход преобразователя вьшолнен шестипроводным, каждый из трех его дополнительно введенных выводов подключен к каждому из выходных выводов трех вентильных мостов через дополнительно введенные и аналогичные указанным ключевые элементы, одноименный по полярности вывод постоянного тока третьего моста подсоединен к точке (Л объединения вьшодов первых двух указанных мостов, параллельно по входу и встречно-параллельно по выходу в каждом из этих трех мостов включен дополнительно введенный мост управляемых вентилей, а вентили всех мостов выполнены также полностью О) упр авля емыми. со 4 00 ;о

Фиг.

Uu

f//////////////y//////////////////

О30 60 90 т 150 ОС

Фиг.4