Преобразователь частоты Советский патент 1988 года по МПК H02M5/27 

1У У зП ;«/ --/ Lr--y- -/- ir- -Г

.

оо ю

ел 4

Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано в частотно-регулируемом электроприводе переменного тока. Целью является увеличение КПД. Устр-во содержит тиристорные группы 1-6, 24, 25, к которым подключены отсекающие диоды 7-12, соединенные с обмотками 20-22 сглаживающего реактора 19. Ток в выходящей из работы фазе двигателя 23 поддерживается за счет энергии, запасенной в индуктивностях рассеяния реактора 19 и двигателя 23. При этом энергия, запасенная в контуре, возвращается на вал двигателя. 3 ил. с «е (Л

г:

j--gn-- -.

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в частотно-регулируемом электроприводе переменного тока.

Цель изобретения - увеличение коэффициента полезного действия.

На фиг.1 представлена схема преобразователя частоты; на фиг.2 - блок-схема системы управления преобразователя частоты; на фиг.З - вре

менные развертки процессов с системе управления.

Устройство содержит шесть основны тиристорных групп 1-6 по три тиристора в каждой группе; в группах 1,3, 5 тиристоры соединены катодами, в группах 2,4,6 тиристоры соединены анодами. К тиристорным группам подключены отсекающие диоды 7-12 и коммутирующие конденсаторы 13-18, образующие две группы, соединенные треугольником. В выходных фазах преобразователя включен сглаживающий реак тор 19, содержащий магнитосвязанные обмотки 20-22, включенные соответственно между отсекающими диодами 7 и 8, 9и10, II и 12. К средним точкам обмоток реактора подключен двигатель 23. Между отсекающими диодами 7-12 и обмотками 20-22 дросселя подключены две (седьмая и восьмая) вспомогательные тиристорные группы 24 и 25, состоящие из тиристоров 26-31, Тиристоры 26-28 имеют общую анодную щину, а тиристоры 29-31 имеют общую катодную щину, которые между собой объединены Выводы катодов тиристоров 26-28 соединены соответственно с катод 1ми отсекающих диодов 7,9,11 и началами обмоток 20-22 сглаживающего реактора 19, а вьшоды диодов тиристоров 29-31 соединены соответственно с анодами отсекающих диодов 8, 10, 12 и концами обмоток 20-22 реактора 19. Преобразователь питается от трехфазной сети 32. На фиг.1 обозначены тиристоры 33-35, участвующие в коммутации тока

Система управления (фиг.2) содержит блок 36 синхронизации, блок 37 импульсно-фазового упра1)ления, распределитель 38 импульсов и задающий генератор 39. Выходы распределителя 38 импульсов с тиристорами 1-6 групп. Шесть каналов формировани импульсов управления тиристорами 26- 31 вьшолнены в виде дифференцирующих усилителей 40-45, схем ИЛИ 46-51,

схем И 52-57, входы которых подкхаоче- Hiii к выходам схем ИЛИ и к выходам блока 58 датчиков напряжения.

Преобразователь работает следую- uofM образом.

Рассмотрим момент времени, когда потенциал фазы А питающей сети наиболее положителен, потенциал фазы В

наиболее отрицателен, включены тиристоры 33 и 34 и протекает ток по контуру фаза А - тиристор 33 - отсекающий диод 7 - обмотка 20 сглаживающего реактора 19 - фазы а и с двигателя переменного тока - обмотка 22 сглаживающего реактора 19 - отсекающий диод I2 - тиристор 34 - фаза В питающей сети. При этом коммутирующие конденсаторы заряжаются так, что их левые обкладки становятся положительными, а правые - отрицательньми. Например, конденсатор 13 заряжается по контуру фаза А - тиристор 33 - конденсатор 13 - отсекающий диод 9 - обмотка 21 сглаживающего дросселя 19 - отсекающий диод 10 - конденсатор 18 - тиристор 34 - фаза В,

Для коммутации тока двигателя из фазы а в фазу в необходимо включить тиристор 35. При включении тиристора 35 к тиристору 33 прикладывается обратное напряжение, равное напряжению на конденсаторе 13, по контуру 13 - 35 - 33 - 13. После вьжлючения тиристора 33, коммутирующий конденсатор 13 перезаряжается по контуру фаза А - тиристор 35 - конденсатор 13 - отсекающий диод 7 - обмотка 20 - фазы двигателя а и с - обмотка 22 - отсекающий диод 12 - тиристор 34 - фаза В. Когда напряжение на конденсаторе 13 поменяет знак и достигнет величины, равной мгновенному значению линейной ЭДС между фазами А и В питающей сети, потенциал катода отсекающего диода 7 станет равным потенциалу анода отсекающего диода 12 за счет ЭДС индуктивностей рещения обмотки 20 сглаживающего дросселя 19 и выходящей из работы обмотки фазы q двигателя 23. В этот момент включаются тиристоры 26 и 31 и ток фазы двигателя 23 замыкается по контуру фазы а и с двигателя - тиристоры 31 и 26 - обмотка 20 сглаживающего реактора 19. В это же время происходит нарастание тока в фазе б двигателя по контуру фаза А питающей сети - тиристор 36 - отсекающий диод 9 - обмотка

21 сглаживающего дросселя 19 фазы Вне двигателя 23 - обмотка 22, сглаживающего дросселя 19 - отсекающий . диод 12 - тиристор 34 - фаза В пита- ющей сети.

Ток в выходящей из работы фазе q двигателя 23 поддерживается за счет энергии, запасенной в индуктивностях рассеяния сглаживающего дросселя 19 и двигателя 23. Поскольку ток фазы Q , замыкающийся по контуру фазы а и с - обмотка 22 - тиристоры 31 и 26 - обмотка 20, направлен против линейной ЭДС двигателя 23, то энергия, запасенная в контуре, возвращается на вал двигателя, и после падения фазы Q до нуля тиристоры 26 и 31 выключаются. Работа системы управления поясняется временными развертками сигна- лов, показанными на фиг.З.

На вход блока 36 синхронизации подается трехфазное напряжение U, U, U, совпадающее по фазе с напряжением питающей сети. На его выходе формиру- ются шесть селекторных импульсов д, F-Rf F.в , , , равных логической единице при условии, что соответствующая полуволна фазной ЭДС питающей сети положительна. Кроме того, блок синхронизации обеспечивает запуск генераторов опорных напряжений пилообразной формы в блоке 37 импульс но-фазового управления, который преобразует управляющее напряжение U|i в последовательности импульсов ц, и F, передние фронты которых сдвинуты на угол oi по отношен ию к началу соответствующих опорных напряжений. Задающий генератор 39 формирует шесть

селекторных импульсов F, F, . F, и F,

в

образующих шестифазную систему напряжений с амплитудой, равной логической единице, и длительностью 120 эл.град. по выходной частоте преобразователя.

Импульсы с блока 36 синхронизации системы 37 импульсно-фазового управления и задающего генератора 39 поступают на распределитель 38 импульсо формирующий управляющие импульсы для тиристоров 1-6 групп в соответствии с логическим уравнением

р. , - -р , F 1 F , v) - «i,; . j

где ,B,C,

А,В... - последовательность

питающей сети; ,b,c.

a,b,., - последовательность фаз на выходе преобразователя;

FJ - управляющир сигнал на тиристоре, соединяющий i-ю фазу питающей сети с j-й фазой на выходе преобразователя, индексы i, j положительны для тиристоров 1, 3, и 5 групп и отрицательны для тиристоров 2,4,6 групп; - последовательность управляющих импульсов, сдвинутая на уголл по отношению к моменту естественного включения тиристоров, под- ключенных к i-й фазе питающей сети;

FJ - селекторный импульс

i-й фазы, формируемый устройством 36 синхронизации;

FJ - селекторный импульс

j -й фазы, формируемый с задающим генератором 39.

Так, например, управляющие имульсы тиристора 33 из группы 1, соеиняющего фазу А питающей сети с фаой а на выходе преобразователя, форируются по уравнению

U,,,Fft(i Р(д F д налогично для тиристора 34 из групы 6 - по уравнению

25 зо-.,

45

л

55

40

и

}

.-с

(Х-С

F-e.

Управляющие напряжения для тиристоров 24 и 25 групп формируются из сигналов F|g , Fl,, , FJ f,, Fj , и F, получаемых на выходе дифференцирующих усилителей 40-45. Передний фронт сигнала FJ совпадает с задним фронтом соответствующего селекторного импульса F- , с тцествующего на выходе задающего генератора 39. Блок 58 датчиков напряжения формирует шесть сигналов R,S,T,X,Y,Z, равных логической единице, тогда, когда существует положительное напряжение на анодах тиристоров, соответственно 26, 27,28,29, 30,31. Логические схемы ИЛИ 46-51 и И 52-57 обеспечивают формирование управляющих напряжений в соответствии с логическим уравнением

,р- F. f.+p.p . f) i K f-+ -C,

де j-a,b,c,

a,b,.. - последовательность выходных фаз преобрази- вателя; Р - логическая функция,

равная единице на интервале формирования управляющего напряже- 10 ния для тиристора 24 группы, подключенного к j-й фазе, соответственно индексы для тиристоров 25 группы бе-15 рутся с минусом; F R,S,T,X,Y,Z при , +b, + c,-a,-b,-c - множество логических функций, соответствующих 20 сигналам датчиков напряжения на тиристорах 26 - 31; F. - логическая функция,

равная 1 в момент фор- 25 мирования переднего фронта функции F, , Так, например, управляющее напряение на тиристор 26 из группы 24 ируется по уравнению30

P.Q R F.Q - R- .

Аналогично для тиристора 31 из пы 25 - по уравнению

р 7 F + 7 - F г -г i. ,.

Возврат энергии, запасенной в контуре коммутации, на вал двигателя увеличивает КПД преобразователя на 1-2%, предотвращает aosHHKHOBeF ле перенапряжений на коммутирующиу конденсаторах, особенно при перегрузках по току, что позволяет снизить рабочие напряжения конденсаторов и тем самым меньпшть массу и габариты преобразователя .

Формула изобретения

Преобразователь частоты, содержащий шесть основных тиристорных групп, многообмоточный сглаживающий реактор, коммутирующие конденсаторы, шесть отсекающих диодов, образующих трехфазный мост, систему управления, включающую в себя блок синхронизации, блок импульсно-фазового управления, задающий генератор и распределитель импульсов и реализующую алгоритм вы

0 5 0

5 0

5

5

0

работки управляющих импульсов по уравнению

F F F F ) 1 J

отличающийся тем, что, с целью попьшшния К1Щ, преобразователь снабжен седьмой и восьмой вспомогательными тиристорными группами, при этом обмотки сглаживающего реактора включены между отсекающими диодами и выполнены,со средними вьшо- дами, образующими выходные вьшоды преобразователя, седьмая группа тиристоров имеет общую анодную, восьмая - общую катодную шины, которые между собой объединены, катоды тиристоров седьмой группы и аноды тиристоров восьмой группы соединены соответственно с катодами и анодами отсекающих диопов и началами и концами обмоток сглаживающего реактора, система управления снабжена датчиками напряжения на тиристорах седьмой и восьмой групп и шестиканальным формирователем, каждый канал которого содержит дифференцирующий усилитель и логические схемы ИЛИ и И, реализующие алгоригм управления в соответствии с уравнением

р; F,FU F,F:,,, ,

где ,B,C,

А,В,..., - последовательность фаз питающей сети; ,b,c,

a,b,..,,- последовательность

фаз на выходе преобразователя;

F ; j управляющий сигнал

на тиристоре, соединяющем i-ю входную фазу с j-й выходной фазой преобразователя, индексы i,j положительны для ти- ристиров основных групп,подключенных анодами к входным выводам, и отрицательны для тиристоров основных групп, подключенных катодами к входным выводам;

- последовательность управляющих импульсов, сдиинутая на угол tii по отношению к моменту естественного включения ти,

рис.тсфов, подключенных к t-й фазе питающей сети; селекторный импульс i-й фазы, формируемый блоком синхронизации;

селекторный импульс j-й фазы, формируемый задающим генератором;

R,S,T,X,Y,Z при j -|-а, +Ь, +с, -а, -Ь,

-с, - множество логических функций, соответствующих сигналам датчиков напряжения на тиристорах седьмой и восьмой вспомогательных групп тиристоров; логическая функция, равная 1 в момент формирования переднего фронта функции

F;

Ооп

uy.

n ппллппппг

ГП ГП n n n n П

лn

V t

лTL

n

я

n t

IT

n

n

t

t t t

фиг.З

/

V t

я

n t

IT

t

t t t