Непосредственный преобразователь частоты Советский патент 1989 года по МПК H02M5/27 

:

аI. I ф I f I .-. /Л/

(Л

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике. Целью является снижение рабочего напряжения на ключевых элементах. Преобразователь содержит ключи переменного тока 1÷9, трехфазные двухобмоточные трансформаторы 10-12 и блок управления ключами 1÷9. Отличие заключается в топологии схемы. 3 ил.

I

11

i Н И

12

Фиг.1

Изобретение относится к ошовой преобразовательной технике и может быть использовано, например в частотно-управляемом электроприводе.

Целью изобретения является расширение области использования по напряжению.

На фиг.1 представлена принципиальная схема предлагаемого преобразова- теля частоты; на фиг.2 и 3 - векторные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Преобразователь содержит полностью управляемые полуправодниковые ключи 1-9 переменного тока, трехфазные трансформаторы 10-12, первичные обмотки 13-15 которых одноименными зажимами подсоединены к входным выводам, а, Ь, с,вместе с объединенными в три группы ключами 1-9, а их одноименные зажимы противоположной полярности образуют нулевые точки соединения звездой фаз этих обмоток, относящихс к разным трансформаторам. При этом фазы вторичных обмоток 16-18 трано форматоров, соответствующие объединеным в звезду фазам их первичных обмоток, соединены пофазно-последова- тельно между общими точками групп однофазных ключей переменного тока вмете с присоединенными к ним нулевыми точками звезд фаз первичных обмоток и выводами 19-21 устройства, к которым подсоединен приемник 22 - асинхронный короткозамкнутый двигатель.

На фиг.2 представлены векторные диаграммы напряжений; на объединенных в трехлучевую звезду фазах первичных обмоток 13-15, нулевая точка которых объединена с общей точкой сборки ключей 4-6, соответствующая разомкнутому состоянию всех полностью управляемых ключей (а); для тех же фаз первич - ных обмоток трансформаторов для замкнутого положения ключа 5 (б), ключа 6 (в) и ключа 4 (г); для фаз обмоток нулевая точка звезды которых присоединена к сборке ключей 1-3, когда все ключи разомкнутые (д); для тех же фаз этих обмоток напряжений, соответ- ствуюпщх замкнутому положению ключа 1 (е), ключа 2 (ж) и ключа 3 (з); на лучах звезды из трех фаз первичной обмотки трансформаторов, нулевая точка которых присоедине}1а к сборке ключей 7-9 (и), для тех же фаз первичных обмоток трансформаторов для зам

5 0 5

0

5

д

5

кнутого положения ключа 9 (к), ключа 7 (л) и ключа 8 (м).

При замкнутых ключах 4, 8 и 3 оказываются закороченными все фазы первичной обмотки 13 трехфазного трансформатора 10, работающего в этот интервал времени в режиме короткого замыкания, поэтому в этот интервал времени можно пренебречь падениями напряжения на фазах вторичной обмотки 16 трансформатора 10, Замкнутое положение группы ключей 4, 8 и 3 обусловит также подключение каждой из фаз первичных обмоток 14 и 1Ь трансформаторов 11 и 12 к линейному напряжению питающей трехфазной сети.

Замкнутому положению ключей 4, 8 и 3 соответствуют векторные диаграммы (фиг.2г, в и м) для напряжений фаз первичных обмоток, а также векторные диаграммы (фиг,3г, зим) для тех же фаз их вторичных обмоток вместе с векторами напряжений на последовательном соединении соответствующих фаз вторичных обмоток (фиг.1),

Далее следует интервал времени, соответствующий замкнутому положению ключей 1, 5 и 9 после размыкания ранее замкнутых ключей 4, 8 и 3, при этом оказьшаются закороченными все фазы первичной обмотки 14 трансформатора 1I, падениями напряжения на фазах вторичной обмотки 17 которого можно пренебречь. Замкнутое положение ключей I, 5 и 9 обусловит также подключение каждой из фаз первичных обмоток 13 и 15 к линейному напряжению питающей трехфазной сети. Такому сочетанию замкнутого положения ключей соответствуют векторные диаграммы (фиг,2б, е и к) для соответствующих фаз первичных обмоток трансформатора, а также векторые диаграммы (фиг.Зб, е и к) для тех же фаз их вторичных обмоток, а также для резуль- тирующих векторов напряжения на группах последовательно соединенных фаз вторичных обмоток.

Еще один интервал времени соответствует замкнутому положению ключей 2, 6 и 7, которые закорачивают все фазы первичной обмотки 15 трехфазного трансформатора 12, падениями напряжения на фазах вторичной обмотки 18 которого можно в этом случае пренебречь. Замкнутым положением ключей 2, 6 и 7 обусловлено также под ключение между соответствующими линей

5

ными проводами питающей сети каждой из фаз первичных обмоток 13 и 1А трансформаторов, т.е. соединение тругольником каждой из этих первичных обмоток. Этому сочетанию замкнутых ключей соответствуют векторные диаграммы напряжений (фиг.26, е и к) для фаз первичных обмоток, .а также векторные диаграммы (фиг.Зб, е и к) для напряжений групп последовательн соединенных фаз вторичных обмоток и для результирующих векторов суммарного напряжения на последовательном соединении этих фаз обмоток.

При работе устройства имеет место циклически повторяемое поочередное подключение к различным фазам однофазных ключей 1-9, а также соецкнеч- ных с ними через посредство после- довательного соединения различных фаз обмоток 16-18 выходных выводов 19-21 устройства. Это достигается п очередным замыканием таких групп этих ключей: сначала ключей 1, 5 и 9, затем ключей 2, 6 и 7 и наконец - ключей 3, А и 8. При каждом переходе с подключенного состояния одной из этих групп ключей к следующей имеют место скачкообразное измене- ние на сто двадцать градусов начальной фазы на сборках этих ключей, закорачивание одной из трехфазных первичных обмоток 13-15 трансформаторов 10-12, обусловленное этим соединение треугольником первичных обмото двух других трансформаторов, скачкообразное изменение на сто двадцать градусов напряжений на каждой цепочке последовательно соединенных фаз вторичных обмоток (фиг.1),

Переходу от замкнутого положения одной группы полностью управляемых ключей переменного тока к их размыканию и замыканию очередной группы этих ключей соответствуют изменение начальной фазы питающего напряжения на сто двадцать градусов непосредственно на общих точках сборок этих .ключей, скачкообразное изменение на сто двадцать градусов начальной фазы напряжения на последовательном соединении каждой группы фаз вторичных обмоток, входящих в это соединение, аналогичный закон измене- НИН напряжения.на выходных зажимах устройства, поскольку вькод- ное напряжение выражается суммой напряжений на сборках ключей и по

5

1

,,

0 5 о

5

0

5

44

следовательном соединении указанных фаз вторичных обмоток, обусловленное этим относительное увеличение верхней границы диапазона регулирования частоты вращения управляемого асинхронного двигателя, в виду открывающейся теперь возможности увеличить наибольшее значение магнит-. ного потока при относительно высокой частоте выходного напряжения такого преобразователя, что отвечает поставленной цели изобретения.

Между интервалами времени включенного состояния указанш.1х групп ключей имеют место промежутки времени одновременного отключенного состояния всех полностью управляемых полупроводниковых ключей 1-9.. В эти промежутки времени, необходимые для независимого широтного регулирования напряжения изменяемой частоты в нагрузке 19, имеют место переход к однотипному соединению звездой всех первичных обмоток 13-15, трансформаторов 10-12, постепенное приближение к нулю суммы напряжений на каждом из лучей последовательно соединенных фаз вторичных обмоток разных трансформаторов, соединяющих выходные зажимы устройства со сборками ключей 1-9 и присоединенными к ним нулевыми точками звезд, образованных указанными (фиг.1) фазами первичных обмоток разных трансформаторов, постепенное приближение к нулю потенциала нулевых точек этих обьединенных в звезду фаз первич1а1х обмоток разных трансформаторов, сохранение непосредственной электромагнитной связи между выходными зажимами 19 устройства и питающей сетью через посредство соединения вторичных обмоток 16-18 и первичные обмотки 13-15 трансформаторов 10-12, приближение к нулю напряжения на выходных зажимах 19 устройства, требуемое по условиям щиротнскго регулирования этого выходного напряжения о

Требуемое по условиям частотного управления асинхронным двигателем независимое регулирование напряжения достигается в предлагаемом решении широтным способом без введе1шя интервалов закороченного, состояния статор- ной обмотки этого двигателя. Это исключает появление ударных тормозных моментов в управляемом двигателе а

%ь

fjjju

%

А%«

iJisa

;j

fJjifa

v%a

UjsS

фиг..

Ц

й. 1

%а /7аIV,,a

SW

;i8c i;,jg

И .%/

%л

Ung

и

;8с

7а

Ц

,(

;|Ус

//г.

;f

J

i

%с

Л

/

Wi

лс

;вд /5а пс