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

и отрицательному выводам упомянутого моста распределительных тиристоров, а вторичньй вывод дополнительного узла принудительной коммутации через

введенные третий и четвертый разделительные тиристоры подсоединен к каждому из выводов постоянного тока моста распределительных тиристоров.

НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ И ЧИСЛА ФАЗ, содержащий однофазный трансформатор с двумя вторичными обмотками, две группы основных тиристоров, каждая, из которых выполнена в виде трех цепочек, состоящих из попарно-встречно-последовательно соединенных тиристоров, причем катоды цепочек первой группы основных тиристоров присоединены к концам одной из вторичных обмоток однофазного трансформатора, а аноды цепочек второй группы присоединены к концам другой его вторичной обмотки, точки соединения анодов и точки соединения катодов первой и второй групп основных тиристоров попарно объединены между собой, образуя выходные выводы преобразователя, а также реактор, основные двухтактные узлы принудительной коммутации, однофазные, диодные мосты, выводами переменного тока подсоединенные к концам соответствующих вторичных обмоток однофазного трансформатора, а выводами постоянного тока - к первичным выводам двухтактных узлов принудительной коммутации, зашунтированных фильтровыми конденсаторами, две пары встречно-последовательно включенных реакторных тиристоров, аноды одной из которых присоединены к концам одной из вторичных обмоток однофазного трансформатора, а катоды второй пары - к концам другой его вторичной обмотки, причем реактор включен между общими точками соединения анодов и катодов этих пар, трехфазньй мост основных распределительных тиристоров, выводами переменного тока подсоединенСЛ ньй к выходным 1зыводам преобразоваС теля, реакторнь1е распределительные тиристоры, подсоединенные одними анодом и катодом к соответствующим выводам сглаживающего реактора, а другими анодом и катодом - к вторичным выводам соответствукяцих узлов принудительной коммутации, отличающийся тем, что, с целью расширения области использования путем увеличения диапазона выходной частоты, он снабжен дополнительным двухтактным узлом принудительной коммутации с фильтровым конденсатором, включенным между его первичными выводами, причем один первичный вывод этого узла подсоединен к положительному выводу одного диодного моста, другой его первичный вывод к отрицательному выводу другого диодного моста, вторичные выводы основных узлов принудительной коммутации подключены через введенные первый и второй разделительные тиристоры соответственно к положительному

Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к непосредственным преобразователям частоты II может быть использовано в частотно-управляемых приводах переменного тока, в.частности, в тягоВ1,-1Х приводах электровозов переменного тока, питаем1: 1Х от однофазной контактной сети, ,

Цель изобретения - расширение области использования преобразователя путем увеличения диа пазона регулирования выходной частоты.

На фиг. I приведена .принципиальная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип его работы, ла фиг. 3 - структурная схема блока управления; на .фиг. 4 а - диаграмма выходных сигналов регулятора частоты на фиг. 4 б - диаграмма выходных сигналов фазосдвигающего устройства, в диаграмма выходных сигналов формирователя сигналов.

Непосредственньш преобразователь

.частоты и числа фаз (фиг. 1) содержи однофазньй трансформатор 1 с двумя вторичными обмотками 2 и 3, две группы осно.вных тиристоров 4-9 и 10-15, реактор 16, две пары реакторных тиристоров 17, 18 и 19, 20, однофазные диодные мосты 21.-24 и 25-28, двухтактные узлы принудительной кому Oтaцни (УПК) 29 и 30, фильтровые конденсаторы 31 и 32, трехфазный мос ocHOBHbix распределительных тиристо- ров 33-38, реакторные распределительные тиристоры 39 и 40, дополнительньй УПК 41, дополнительньй фильтровой коденсатор 42, разделительные тиристоры 43-46. Дополнительньй двухтактньй

УПК 41 содержит коммутирующие тиристоры 47 и 48, зарядные тиристоры 49 и

50, коммутирующий ЬС-контур 51

и 52, разрядные диоды 53 и 54, возвратные диоды 55 и 56, а также коммутирующий трансформатор с первичной обмоткой 57 и вторичной обмоткой 58, к выходным выводам преобразователя подключена нагрузка 59-61.

К одному концу вторичной обмотки 2 подсоединены катоды основных тиристоров 4, 6, 8 и анод реакторного тиристора 17, а к другому концу катоды основных тиристоров 5, 7,9 и анод реакторного тиристора 18. К ОДНОМУ концу вторичной обмотки 3 подсоединены аноды основных тиристоров 10, 12, 14 и катод реакторного тиристора 19, а к другому концу подсоединены аноды основных тиристоров 11, 13, 15 и катод реакторного тристора 20.

Общие точки соединения анодов тиристоров 4 и 5 и катодов тиристоров 10 и 11, а также анодов тиристоров 6 и 7 и катодов тиристоров 12 и 13 и анодов тиристоров 8 и 9 и катодов тиристоров 14 и 15 присоединены к выводам соответствующих фаз 59-61 нагрузки и подсоединены к выводам переменного тока трехфазного моста распределительных тиристоров 33-38. К общей точке соединения катодов реакторных тиристоров 17 и 18 и к общей точке соединения анодов реакторных тиристоров 19 и 20 подсоединены выводы сглаживающего реактора и катод и анод соответствующих распределительных тиристоров 39

и 40.

I Выводы переменного тока диодных

.мостов 21-24 и 25-28 подсоединены соответственно к выводам вторичных обмоток 2 и 3. К выходным выводам диодных мостов 21-24 и 25-28 подсоединены соответствующие фильтровые конденсаторы 31 и 32 и двухтактные УПК 29 и 30. К отрицательной обкладке фильтрового конденсатора 31 и к положительной обкладке фильтрового конденсатора 32 под3соединен дополнительный фильтровой конденсатор 42 и первичные выводы дополнительного двухтактного УПК 41 к вторичному выводу которого подсое динена общая точка соединения катода и анода разделительных тиристоров 44 и 45. К вторичным выводам двухтактных УПК 29 и 30 подсоединены анод и катод соответствующих реакторных распределительных тиристоров 39 и 40 и катод и анод соответствующих разделительных тиристоров 43 и 46, Общие точки соединения анодов разделительных тиристоров 43 и 44 и общие точки соединения катодов разделительных тиристоров 45 и 46 подсоединены к соответствующим выводам постоянного тока трехфазного моста распределительных тиристоров. Устройство-(фиг. 1) при отсутстви регулирования напряжения работает (согласно диаграммам на фиг. 2). следующим образом. Предположим, первоначально проводят тиристоры 10, 9, 17, 20, ЭДС обмоток 2 и 3 имеет направление, показанное стрелкой, а конденсатор 52 заряжен полярностью, указанной на чертеже. Ток нагрузки преобрайователя протекает по цепи: 2, 17, 16, 20, 3, 10, 59, 61, 9, 2. В момент времени t начинают производить принудительное запирание тиристора 10 и перевод тока из фазы 59 нагрузки в фазу 60. Для этого -в момент времени включают тиристоры 12, 34, 45, 48. Ток тиристора 10 вытесняется током колебательного LC-контура 51 и 52 по цепи: 10, 25, 48, 52, 51, 45, 34, 10. Ток превьшения LC-контура 51 и 52 представляющий собой часть коммутиру кндего импульса тока, превьшающего ко мутируемьй ток нагрузки, замыкается по цепи: конденсатор 52 - дроссель 5 обмотка 57 - диод 54 - тиристор 48, создавая на первичной обмотке 57 коммутирующего трансформатора падение напряжения, плюс которого прикладывается через тиристоры 45 и 34 к катоду, а минус через диоды 54 и 25 - к аноду запираемого тиристора 10. При достижении ЭДС вторичной обмотки 58 коммутирующего трансформа тора величины, превьпиающей напряжение на фильтровом конденсаторе 42, открывается возвратный диод 55, ток 024 обмотки 58 замыкается по цепи: диод 54 - тиристор 48 - диод 55. Таким образом, на все время протекания тока превьшения через первичную обмотку 57 коммутирующего трансформатора к запираемому тиристору 10 прикладывается обратное напряжение прямо-угольной формы с амплитудой, равной напряжению заряда ф11пьтрового конденсатора 42, деленному на коэффициент трансформации коммутирующего трансформатора, и обеспечивается восстановление его запирающих свойств. Ток нагрузки продолжает протекать по цепи: обмотка 2 - тиристор 17 реактор 16 - тиристор 20 - обмотка 3 - диод 25 - тиристор 48 - конденсатор 52 - дроссель 51 - тиристоры 45 и 34 - обмотки 59 и 61 нагрузки - тиристор 9 - обмотка 2. Когда конденсатор 52 перезарядится за время, равное полупериоду частоты собственных колебаний LC-контура 51 и 52, до напряжения, превышающего на:пряжение заряда фильтрового конденсатора 42, закрывается тиристор 48. Ток нагрузки протекает по цепи: обмотка 2 - тиристор 17 реактор 16 - тиристор 20 - обмотка 3 - диод 25 - конденсатор 42 диод 53 - обмотка 57 - тиристор 45тиристор 34 - обмотки 59 и 61 нагрузки - тиристор 9 - обмотка 2. Под действием встречного напряжения конденсатора 42 ток фазы 59 уменьшается, а ток фазы 60 пропорционально нарастает по цепи: обмотка 2 - тиристор 17 - резистор 16 тиристор 20 - обмотка 3 - тиристор 12 - обмотки 60 и 61 нагрузки - тиристор 9 - обмотка 2. Когда ток фазы 59 спадет до нуля, тиристоры 34 и 45 и диоды 25 и 53 закрываются, а в фазе 60 протекает полньй ток нагрузки, равный току 1, реак. ,.7о тора 16. В момент времени t смены знака синусоиды питаклцего напряжения Ц первичной обмотки 1 однофазного трансформатора с помощью двухтактных УПК 29 и 30 принудительно запираются тиристоры 17 и 20 и включаются тиристоры 18 и 19, а затем с помощью УПК 29 и 30 принудительно запираются тиристоры 9 и 12 и включаются тиристоры 8 и 13. Процесс принудительного запирания тиристоров с помощью двухтактных ;УПК 29 и 30 аналогичен описанному процессу запирания тиристора 10. При этом для запирания тиристоров 17 и 20 включают тиристоры 39 и 40, а для запирания тиристоров 9 и 12 включают тиристоры 37, 43 и 36, 46, К моменту времени ток нагрузки протекает по цепи: -обмотка 2 -- тиристор 18 реак-. . тор 16 - тиристор 19 - обмотка 3 тиристор 13 - обмотки 60 и 61 нагрузки - тиристор 8 - обмотка 2. В момент времени t, производят коммутацию тока с фазы 61 в фазу 59 принудительньм запиранием тиристора 8. Для этого в момент времени t включают тиристоры 4, 37, 44, 47. Ток тиристора 8 переводится в LC-коптур по цепи: тиристоры 37 и 44 - дроссель 51 -конденсатор 52 - тиристор 47 диод 23. Ток превышения LC-контура 52 и 51 замыкается по цепи: конденсатор 52 - тиристор 47 - диод 53 - обмотка 57 дроссель 51, создавая на первичной обмотке 57 коммутирующего трансформатора напряжение, прикладываемое в обратном направлении к тиристору 8. Под действием ЭДС вторичной обмотки 58 коммутирующего трансформатора: протекает ток по цепи; обмот ка 58 диод 56 - конденсатор 42 диод 53., После перезаряда -конденсатора 52 за время, равное полупериоду частоты собственных колебаний ЬС-контура, тиристор 47 запирается, . ток нагрузки протекает по цепи: обмотка 2 - тиристор 18 - реактор 16 тиристор 19 - обмотка 3 - тиристор 13 - обмотки 60 и 61 нагрузки - тиристоры 37 и 44 - обмотка 57 - ди од 54 - конденсатор 42 - диод 23.;Т фазы 61 уменьшается, а ток в фазе 5 нарастает и протекает по цепи: обмо ка 2 - тиристор 18 - реактор 16 тиристор 19 - обмотка 3 - тиристор обмотки 60 и 59 нагрузки - тиристор В момент времени t смены знака синусоиды питающего напряжения U первичной обмотки 1 однофазного тра форматора с помощью двухтактных УПК и 30 принудительно запираются тирис торы 18 и 19 и включаются тиристоры 17 и 20, а затем принудительно запираются тиристоры 4 и 13 с помощью этих же УПК 29 и 30 и включаются тиристоры 5 и 12. При этом для запирания тиристоров 18 и 19 включают тиристоры 39 и 40, а для запирания тиристоров 4, 13 включают тиристоры 33, 43 и 36, 46. Ток нагрузки протекает по цепи:.обмотка 2 - тиристор 17 - реактор 16 - тиристор 20 обмотка 3 - тиристор 12 - обмотки 60 и 59 нагрузки - тиристор 5. В момент времени t производится коммутация тока нагрузки из фазы 60 в фазу 61. Процесс коммутации аналогичен описанному вьше. Тиристоры 49 и 50 служат для подзаряда коммутирующего конденсатора 52 при работе преобразователя на холостом ходу. В процессе калсдой коммутации энергия, обусловленная индуктивным сопротивлением нагрузки, передается в дополнительней фильтровой конденсатор. Напряжение конденсатора 42 при этом повышается и сбалансируется на определенном уровне тог да, когда передаваемая конденсатору энергия будет компенсироваться ее расходом на потери в контуре коммутации. Для снижения среднего уровня напрялсения фильтрового конденсатора. 42 энергия коммутации выводится известны1 ш способами. Таким образом, введение дополнительного двухтактного устройства принудительной коммутации, донолнительного фильтрового конденсатора и .цепи разделительных тиристоров, подключенных указанным способом, позволяет коммутировать основные тиристоры преобразователя, при этом время перезаряда коммутирующего конденсатора, равное полупериоду частоты собственньгх колебаний колебательного LC-контура, не зависит от величины регулируемого тока нагрузки, что т асширяет диапазон выходной частоты. Блок управления (фиг. 3) содержит следующие функциональные блоки: ре-, гулятор частоты (РЧ) 62, фазосдвигающее устройство (ФСУ) 63, формирователь сигналов (ФС) 64, распределитель сигналов (PC) 65. В качестве РЧ применяется известное устройство, на вход которого поступает напряжение Up задания частоты, а с выхода снимаются шесть последовательностей сигналов Уд, Ug, U.,, -U., -Up, -UQ, сдвинутых на 120 эл. град. (фиг.4а). В качестве ФСУ также применяются

известныеустройства, на вход которых подается напряжение U/ задания выходного напряжения, а с выхода каждого снимается последовательност импульсов, нулевое значение которых соответствует интервалу времени на котором напряжение соответствующей вторичной обмотки 2 или 3 в сооветствующий полупериод питающего напряжения Ц прикладывается к нагрузке (фиг. 4б). Например, нулевое значение сигнала U, соответствует времени приложения напряжения вториной обмотки 2 к нагрузке в положительньй полупериод питанлцего напряжения и . Аналогично для сигналов и, Uj, Uff ФС формирует сигналы Н, К, НГ, Кд (фиг. 4 в).

СигналНу формируется RS-триггером, для чего-на каждьй из двух входов RS-триггера подают соответствующий сигнал Uj, Uj. Сигнал К, формируется RS-триггером, причем входные сигналы U, Uj предварительно инвертируют с помощью двух логических ячеек НЕо Аналогично формируются сигналы HJ; и К,7.

По задним фронтам сигналов U, Ug, Up, Ид, -Ug, Up, a также по задним и передним фронтам сигналов Hj, Kj, Н ij в ФС формируются также короткие (100 мкс) импульсы известньми формирователями коротких импульсов.

Короткие импульсы отметим штрихом над обозначением исходногр,, «сигнала, взятым в круглые скобки, например (.Hj)i- короткий импульс, .

сформированный по заднему фронту сигнала Н, А (HI)- короткий импульс, сформированньш по переднему фронту сигнала HI и т.д.

ФС содержит набор логических яче ек И, ИЛИ, НЕ и выполняет распределение сигналов согласно следующим логическим функциям сигналов управления тиристорами.

Логическая функция сигнала управления тиристором 4 (сокращенно F)согласно диаграммам на фиг. 4 равна:

F4 HJ A(.

Аналогично:

F5 HJ л C-U,F6 F7 HI Al-Ug,F8 НгЛС-Ue, F9 HJ Л C-UcJ F10 Hjf л U

F11 HJ Л ид , F12 HI Л UB ) F13 H|i Л UB, F14 H л Uc F15 H-:

AU

F17 Kj

с I

F18 Ki , F19 Kn F20 KB

F33, F34 F35

0 F36 F37 F38

We- ut л L v.n,v V .nr,} J, (KI)V (Kj.) , F40 {KsVv(Rs), F39 (HI) V(HI:),- F43

(-ид) V (-UB) v(-Uc).

r F44

F45 (UA) V (U6)vCUc),

(HP) V(H5),

F46

(-ид) V (-U6)v(-Uc),

F47 (UA)V (Uj) v(Uo).

F48