Непосредственный преобразователь частоты Советский патент 1985 года по МПК H02M5/27 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для частотного управления тяговыми асинхронными короткозамкнутыми электродвигателями в автономном электроприводе, например на тепловозе.

Целью изобретения является повышение надежности устройства путем стабилизации зарядного напряжения на заданном уровне.

На фиг. 1 представлен пример исполнения предлагаемой схемы преобразователя; на фиг. 2 - характеристики, иллюстрирующие работу предлагаемого устройства в автономном электроприводе локомотива.

Преобразователь (фиг. 1) содержит основные мосты тиристоров 1, соединяющие фазы источника 2 (входные фазы преобразователя А, В, С) с фазами нагрузки 3 (выходные фазы преобразователя). К входным фазам циклоконвертора подключен разделитель ный мостовой диодный выпрямитель 4, который на стороне постоянного тока соединен с узлом искусственной коммутации 5. Во входных фазах циклоконвертора установлены трансформаторные блоки 6. Каждый трансформаторный блок содержит силовой трансформатор 7 тока, первичная обмотка 8 которого подключена началом к источнику 2 питания, а концом - к группам главных тиристоров 1, вторичная обмотка 9 трансформатора концом подключена к первичной обмотке 8. На фиг. 1 показан вариант подключения конца обмотки 9 к концу обмотки 8. Возможен также вариант подключения конца обмотки 9 к началу обмотки 8. Параллельно вторичным обмоткам 9 трансформатора подсоединены регулирующие тиристоры 10. Вторичная сторона трансформаторных блоков 6, фазы А , В , С а именно, начала вторичных обмоток 9, подключена к зарядному выпрямителю 11. На стороне постоянного тока (±Ua) к зарядному выпрямителю 11 могут быть подключены вспомогательные нагрузки, например, мотор-вентиляторы преобразовательной установки, изображенные на фиг. 1 эквивалентным резистором 12. На стороне постоянного тока к зарядному выпрямителю 11 подключен также конденсатор 13. Зарядный выпрямитель 11 соединен с разделительным выпрямителем 4 и узлом искусственной коммутации 5. Блок 14 импульсно-фазового управления регулирующими тиристорами 10 подключен к входным фазам А, В, С преобразователя, к фазам А , В , С вторичной стороны трансформаторных блоков 6 и к цепи постоянного тока зарядного напряжения iUj. Блок 14 управления имеет щесть каналов, синхронизированных от напряжения трансформаторов тока 7. Каждый из каналов выполнен по общеизвестному вертикальному принципу.

Работа схемы осуществляется следующим образом.

Вследствие протекания тока в первичной обмотке 8 трансформатора во вторичной обмотке 9 наводится ЭДС, которая геометрически суммируется с фазным напряжением источника 2, действующим на входе преобразователя. Таким образом, напряжение на вторичной стороне трансформаторных блоков 6, подводимое к зарядному выпрямителю 11, выще напряжения, питающего преобразователь. Выпрямленное при

0 помощи зарядного выпрямителя 11 зарядное напряжение подводится к узлу 5 искусственной коммутации, обеспечивая необходимый для надежной коммутации уровень напряжения на коммутационных конденсаторах узла 5 при низком напряжении, питающем преобразователь. При изменении питающих преобразователь напряжения и тока стабилизация зарядного напряжения осуществляется при помощи регулирующих тиристоров 10. Включение в течение полупериQ ода с некоторым углом регулирования (включения) тиристоров 10 ведет к закорачиванию вторичной обмотки 9 силового трансформатора тока 7, вследствие чего среднее за период значение вторичного напряжения уменьшается. Варьируя углом регулирования тиристоров 10, обеспечивают (в автоматическом режиме) постоянство зарядного напряжения. Допустим, что зарядное напряжение Ud уменьщается, тогда разность опорного и зарядного напряжений (Е-Ud) увеличивается, т. е. напряжение обратной

0 связи возрастает.

Наибольщий эффект от предлагаемого технического решения может быть получен в автономном тяговом электроприводе, например, тепловоза. Характеристики этого электропривода и предлагаемого устройства приведены на фиг. 2: зависимость частоты f2 выходного напряжения преобразователя от его величины U2 (ломанная abed), зависимость входного тока Ij, (примерно равного выходному току Ь) от величины входного напряжения Ui (примерно равного выходному напряжению Ug, ломанная о , Ь, с , причем точка d совпадает с точкой с ) к зависимость зарядного напряжения Us от входного тока Ii (ломанная а, Ь, с, причем точка d совпадает с точкой с и, кроме того, точки с и с совпадают). На локомотиве, оборудованном асинхронным преобразовательным электроприводом, максимальное значение выходной частоты Гги испочти совпадает с максимальным значением входной частоты fixate т. е. f2ie« f2(d)fi iaibc При пуске локомотива f2/U2 const (прямая аЬ). Поскольку качество выходного наг1ряжения удовлетворительно и не требуется применения искусственной коммутации, поэтому в пусковом режиме достаточно только естественной коммутации (ЕК) и величина зарядного напряжения Оз не представляет интереса. При переходе в режим длительной работы локомотива для соблюдения постоянства реализуемой локомотивом мощности действуют соотношения - - const (кривая be) и U2 const (прямая cd). В длительном режиме (b), т. е. f2/fi iaiF l/4, поэтому целесообразно применение искусственной коммутации (ИК) для обеспечения хорошей формы выходного напряжения. Следовательно, в длительном режиме желательно иметь зарядное напряжение на уровне максимального питающего. Поэтому параметры трансформатора 7 должны обеспечивать из(6) UiHaKc Ui(C)Ui(d)U2(d)U2(c).

При этом если не включать тиристоры 10, то зарядное напряжение Ua при (6) изменяется по штриховой кривой Ь ) т. е. выше максимально допустимого. Для стабилизации зарядного напряжения достаточно, начиная с частоты выше f2(6), начать включать тиристоры 10, так что U3 const (прямая ).

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечит стабильное зарядное напряжение на уровне максимального напряжения источника питания, что гарантирует высокую надежность.

НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержащий основные мосты управляемых вентилей, между выводами переменного тока которых и входными выводами преобразователя включены первичные обмотки трансформаторов тока, подключенный к выводам переменного тока основных мостов разделительный мостовой выпрямитель с конденсатором в цепи постоянного тока и подключенный к этой цепи узел искусственной коммутации вентилей основных мостов, зарядный вентильный мост, входом связанный через вторичные обмотки трансформаторов с входными выводами преобразователя и выходом - с обкладками конденсатора, а также блок управления вентилями основных мостов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем стабилизации на заданном уровне напряжения на конденсаторе, он снабжен регулирующими тиристорами, подключенными параллельно вторичным обмоткам трансформаторов тока, управляюш,ие входы которых подключены к выходу введенного о блока импульсно-фазового управления по (Л отклонению напряжения на конденсаторе от заданного. CD N3 оо