Непосредственный преобразователь частоты и числа фаз с неявным звеном постоянного тока Советский патент 1988 года по МПК H02M5/27 

Изобретение относится к преобра- зовательной технике, а именно к непосредственным преобразователям частоты, и может быть использовано в частотно-управляемых приводах переменного тока, в частности в тяговых приводах электровозов переменного тока, питаемых от однофазной контакт ной сети.

Целью изобретения является упрощение и повышение КПД.

На фиг.1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - временные диаграммы управ ляющих сигналов системы импульсно- фазового (а) регулирования, управляющих сигналов преобразователя напряжение - частота (б), токов в фазах трехфазной нагрузки (в).

Устройство фиг.1 содержит транс форматор 1, первичная обмотка которого через токосъемник 2 подсоединена к однофазной сети переменного тока, три однофазньк моста на тиристорах 3-14 и выпрямитель на диодах ISIS, вьшодами переменного тока подсоединенные к вторичной обмотке трансформатора 1, фильтровой конденсатор 19, подсоединенньй к выходу выпря- мителя, узел 20 принудительной ком.- мутации (УПК ), входом подсоединенный к выходу бьшрямителя, анодную группу распределительных тиристоров 21-23, подсоединенную катодами к плюсЬвьЕ- выводам однофазных тирис- торных мостов 3-14 и анодами к выходу УПК 20, катодную группу распределительных тиристоров 24-26, подсоединенную анодами к минусовым выво- дам однофазных тиристорных мостов 3-14 и катодами к выходу УПК 20, сглаживающий реактор, вьшолненный в виде трех обмоток 27-29, каждая из которых подключена началом к плюсовому выводу и концом - к минусовому выводу однофазных тиристорных мостов 3-14, асинхронный двигатель 30, статорная обмотка которого под ключена к концам трех обмоток 27-29 сглаживающего реактора. УПК 20 содержит два последовательно соединенных коммутирующих тиристора 31 и 32 два последовательно соединенных зарядных тиристора 33 и.34, анодами и катодами подсоединенных к выходу выпрямителя 15-18, два последовательно соединенных разрядных диода 35 и 36 и два последовательно соединен5

0

5 0

0 5 0 5 0 5

ных возвратных диода 37 и 38, катодами и анодами подсоединенных к выходу выпрямителя 15-18, коммутирующую LC-цепь 39 и 40, подключенную к общим точкам соединения коммутирующих 31,32 и зарядных 33,34 тиристоров, коммутирующий трансформатор, первичная обмотка 41 которого началом подключена к общей точке соединения зарядных тиристоров 33 и 34, образуя выход УПК 2С, вторичная обмотка 42 которого началом подключена к общей точке разрядных тиристоров и к концу первичной обмотки 41 и концом - к общей точке соединения возвратных диодов 37 и 38.

Устройство (фиг.1) содержит также систему импульсно-фазового управления (СИФУ) 43, преобразователь 44 напряжение - частота, вьпсоды которых подключены к входу распределителя импульсов (РИ) 45, выходы которого подсоединены к управляющим электродам всех тиристоров.

СИФУ 43 (фиг.1 и 2а) содержит два выходных канала для передачи в РИ 45 импульса L, фазовое положение которого регулируется по сигналу задания ид(фиг . 1) и импульса S, фазовое положение которого синхронизировано с напряжением U , питания устройства.

Преобразователь 44 напряжение - частота (фиг.1 и фиг.26) содержит шесть выходных каналов для передачи в РИ 45 импульсов A,B,C,X,Y,Z, частота следования которьпс регулируется по сигналу задания U. (фиг. 1 .

РИ 45 содержит набор логических ячеек И, ИЛИ, НЕ, с помощью которых реализуются логические функции импульсов управления тиристорами. Кроме того, РИ 45 содержит известные формирователи коротких импульсов для формирования коротких (100 мкс/ импульсов по задним фронтам импульсов A,B,C,X,Y.

Логические функции (F/ импульсов управления тиристорами, реализуемые РИ 45, записьюаются в следующем виде:

F3 L Л А;F4 S Л X; F5 L Л А;

F6 S Л X;F7 L Л В; F8 SЛ Y;

F9 1ЛВ;F10 SAY; Fll LAC;

F12 SAZ;F13 LAC; F14 SAZ;

F22 (В) ; F23 (С) ; F24 (X) ; F25 (Y) ; F26 (Z)

F31 (A) v (B) V (C) ;

F32 (X) v (Y) V (Z) ,

где (A) ,(B) ,(C) ,(X) ,(Y) , (Z) - короткие импульсы, сформированные по задним фронтам импульсов А,В,С,Х, Y,Z соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Полярность напряжений на вторич- ной обмотке тягового трансформатора 1 в первый полупериод показана на фиг.1 стрелкой. Первоначально ток нагрузки проводили тиристоры 5 и 10 (см. F5 и FIO). Ток нагрузки, под- держиваемый индуктивностью обмотки 27 сглаживающего реактора, протекал в буферном нулевом контуре и - замыкался по цепи обмотка 27, фаза а, фаза Ь, тиристор 10, тиристор 5, обмотка 27. В момент времени t, по сигналу FI включается тиристор 3, ток нагрузки в процессе естественной коммутации переводится из первоначально проводящего тиристора 5 в цепь вторичной обмотки трансформатора 1 и тиристора 3 и замыкается по цепи обмотка 27, фаза а, фаза Ь, тиристор 10, обмотка трансформатора 1, тиристор 3, обмотка 27. В момент времени t по сигналу F и осуществляется принудительное запирание тиристора 10, для чего включаются тиристоры 25 и 32. Ток из тиристора 10 переводится в коммутирующу- LC-цепь 39 и 40 под действием первоначального заряда на конденсаторе 39 полярность которого указана на фиг.1 без скобок. В результате ток нагрузки замыкается по цепи обмотка т.ранс- форматора 1, тиристор 3, обмотка 27, фаза а, фаза Ь, тиристрр 25, резис- тор 40,конденсатор 39, тиристор 32, диод 18. Избыточный колебательный ток перезаряда LC-цепи замыкается в контуре конденсатор 39, тиристор 32, диод 36, обмотка 41 коммутирующего трансформатораJ Под действием ЭДС наводимой на вторичной обмотке 42 коммутирующего трансформатора, в обмотке 42 начинает протекать ток по цепи обмотка 42 коммутирующего трансформатора, диод 37, конденсатор 19, диод 36, обмотка 42J Таким

5

Q

5 20 25 -jo д

50

5

образом, на время протекания .избыточного тока перезаряда LC-цепи через первичную обмотку 41 коммутирующего трансформатора на ней возникает импульс напряжения прямоугольной формы с амплитудой, равной напряжению фильтрового конденсатора 19, деленному на коэффициент трансформации коммутирующего трансформатора. Указанный импульс напряжения амплитудой порядка 50-100 В минусом прикладьюается через тиристор 25 к аноду и плюсом - через диоды 36 и 18 - к катоду тиристора 10, что способствует восстановлению запирающих свойств тиристора 10 за время, не превьшающее паспортное время выключения тиристора.

После перезаряда конденсатора 39 до напряжения, полярность которого указана на фиг.1 в скобках, превышающего по величине напряжение конденсатора 19, запирается тиристор 32, отпираются тиристор 14 и диод 35. Под действием напряжения конденсатора 19 ток нагрузки переводится из фазы Ь в фазу с (фиг.2в) по цепи + обкладка 19, диод 35, обмотка 41, тиристор 25, фаза Ь, фаза с, тиристор 14, диод 18, - обкладка 19. В конце процесса коммутации тока в фазах он замыкается по цепи обмотка трансформатора I, тиристор 3, обмотка 27, фаза а, фаза с, тиристор 14, обмотка трансформатора 1.

В момент времени 15 согласно логической функции F, включается тиристор-12, под действием напряжения и, на вторичной обмотке трансформатора 1 (полярность и противоположна указанной на фиг.) осуществляет- ;ся процесс естественной ксвдмутации тока i (гашения) в обмотке трансформатора 1. Ток нагрузки переводится в буферный (нулевой) контур и протекает по цепи обмотка 27, фаза а, фаза с, тиристор 12, тиристор 3, обмотка 27. В момент времени t с включением тиристора 5 вновь осуществляется процесс естественной коммутации, при котором ток нагрузки переводится из буферного контура во вторичную обмотку трансфор- матора 1 и протекает по цепи обмотка трансформатора 1, тиристор 5, обмотка 27, фаза а, фаза с, тирис тор 12. В момент времени t осуще- .ствляется принудительная коммутация

тока фазы а и перевод его в фазу Ь, для чего принудительно выключают тиристор 5 подачей управляющих импульсов F21 и F31 на тиристоры 21 и 31 . Процес,с принудительной коммутации тиристора 5 с помощью УПК 20 протекает аналогично описанному. После запирания тиристора 5 включаю тиристор 9. Ток ijj в фазе b нарастает, а ток ig в фазе а спадает под действием напряжения конденсатора 19, которое.прикладьшается к фазам а и b .по цепи + обкладка 19, диод 17, тиристор 9, обмотка 28, фаза Ь, фаза а, обмотка 27, тиристор 21, обмотка 41 коммутирующего трансформатра, диод 36, - обкладка 19. Ток указанной цепи протекает от начала к концу обмотки 28 и от конца к началу обмотки 27, которые расположены намотаны на одном сердечнике сглаживающего реактора. В результате того, что потоки, наводимые при этом в обмотках 27 и 28, направлены встречно индуктивность обмоток сглаживающего реактора не создает сопротивление протекающему по этим обмоткам току коммутации.

К концу процесса коммутации ток нагрузки полностью переходит из обмотки 27 и фазы а в обмотку 28 сглаживающего реактора и фазу b и протекает по цепи обмотка трансформатора 1, тиристор 9, обмотка 28, фаза Ь, фаза с, тиристор 12, обмотка трансформатора 1 .

Дале е процессы протекают аналогично описанному.

На интервалах коммутации тока в фазах асинхронного двигателя 30 ток нагрузки протекает через фильтровой конденсатор 19, что сопровождается повышением на нем напряжения Для ограничения максимальной величины напряжения на конденсатор 19 на заданном уровне энергию коммутации вьшодят из конденсатора любым из известных способов, например, с помощью зависимого инвертора в сеть переменного тока.

Тиристоры 33 и 34 служат для под заряда коммутирующего конденсатора 39 при малых токах нагрузки и на холостом ходу. Подзаряд осуществляется одновременным включением тиристоров 31 и 34 или 32 и 33, для чего формируются короткие импульсы с задержкой относительно основных импул

0

5

сов соответственно F, или F, ,

на

0

5

0

5

0

5

фиксированный интервал времени с помощью известных одновибраторов.

Выполнение реактора трехобмоточ- ным и подсоединение вьшодов обмоток указанным способом позволяет - исключить наиболее нагруженные общие группы тиристоров звена постоянного тока, на которые приходится почти половины потерь в полупроводниковых Эо тементах преобразователя.

В результате снижения потерь преобразователя на преобразование однофазного напряжения в трехфазное напряжение регулируемой частоты увеличивается КПД преобразователя.

В сравнении с прототипом предложенное решение содержит меньшее число элементов.

Формула изобретения

Непосредственный преобразователь частоты и числа фаз с неявным звеном постоянного тока, содержащий две группы основных тиристоров, каждая из которых вьшолнена в,виде трех цепочек, состоящих из попарно- встречно-последовательно соединенных тиристоров, причем аноды цепочек первой группы и катоды цепочек второй группы подсоединены к соответствующим входным выводам для подключения их к источнику однофазного переменного напряжения, а точки соединения двух тиристоров каждой це-г почки одной группы подсоединены к выходным вьшодам преобразователя, а также выпрямитель с фильтровым конденсатором на выходе, входом подключенный к входным вьшодам преобразователя, узел принудительной коммутации, входными вьшодами подсоединен- ньй к выходу выпрямителя, анодную группу распределительных тиристоров, анодами подсоединенную к одному выходному вьшоду узла принудительной коммутации, а катодами - к катодам цепочек первой группы основных тиристоров, катодную группу распределительных тиристоров, катодами подсоединенную к другому выходному выводу узла принудительной коммутации, а анодами - к анодам цепочек второй группы основных тиристоров, и сгла- живающий реактор, отличающийся тем, (то, ч целью упроще-.. ния и повьшения КПД, упомянутый сгла713743728

живающий реактор выполнен трехоб- нения двух тиристоров сооответствую- моточным, причем каждая из трех обмо- щих цепочек двух групп основных ти- ток подключена между точками соеди- ристоров.

Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано в частотно-управляемых приводах переменного тока, в частности в тяговых приводах электровозов И переменного тока, питаемых от однофазной контактной сети. Целью изобретения является упрощение и повышение КПД. Устр-во содержит две группы тиристоров 3-14, каждая из которых вьшолнена в виде трех цепо-. чек, состоящих из попарно-встречно- последовательно соединенных тиристоров . Выпрямитель на диодах 15-18 подключен выходом к узлу принудитель ной коммутахщи 20. Распределительные тиристоры 21-26 подключены к первичной обмотке 41 коммутирующего тр-ра. Сглаживающий реактор выполнен трехобмоточным, причем соответствующий вьшод каждой обмотки 27- 29 подсоединен к общей точке соединения двух тиристоров цепочек соответствующих групп основных тиристоров , что позволяет исключить дополнительные элементы явного звена постоянного тока и снизить потери на преобразование. 2 ил. (Л со 4 СО 1чЭ

Фиг,2