Преобразователь постоянного тока в переменный Советский патент 1990 года по МПК H02M7/515 

а

СП

О© Јь

О СП

ю

Изобретение относится к преобразовательной технике. Целью изобретения является упрощение и повышение КПД. Устройство содержит автономный инвертор тока (АИТ), выполненный в виде источника 1 регулируемого постоянного тока, реактора 2, трехфазного моста запираемых тиристоров 3...8, подключенного к асинхронному двигателю (АД) 9. Вспомогательный автономный инвертор напряжения (АИН) выполнен в виде трехфазного моста запираемых тиристоров 10 - 15 с обратной проводимостью, получающих питание от демпфирующего конденсатора 16 и выходом подключенных также к АД 9. АИН работает в импульсном режиме на интервале процесса коммутации тока в системе АИТ-АД. При этом на первом этапе коммутации вспомогательный АИН способствует частичному "гашению" тока коммутируемой фазы АД и нарастанию тока во вновь включаемой фазе. На втором этапе дальнейшее "гашение" и нарастание тока в фазах обеспечивается за счет выключения плеча АИТ и накопления энергии коммутации в демпфирующем конденсаторе. 2 ил.

l/i/at

Изобретений относится к электротехнике, а именно к силовой преобразовательной технике, и может быть использовано в автономных инверторах тока преобразователей частоты различных промышленных или тяговых гриводо для питания трехфазных асинхронных двигателей.

Целью изобретения является упрощение преобразователя и повышение КПД.

Ча фиг, 1 приведена схема преобразователя; на фиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь (фиг. 1) содержит источник регулируемого постоянного тока8 выполненный в виде последовательно соединенных источника I регулируемого напряжения и сглаживающего реактора 2, к выходу которого подключен вход трехфазного инверторно- r j места основных запираемых тиристоров 3-8, выходом подключенного к асинхронному двигателю 9. К фазам асинхронного двигателя подключен также выход инверторногс мое fa дополнительных запираемых гнристоргг 10- 15, выполненных с сбратной прт нэрн- мос - ью (конструкткв:-;о совмещенный обратный выпрямитель ый мост диодез) вход которого подкллчгь. к выводам цэмпф нр ющего конденсатора 16, Преобразователь содержит также бпок управления, который может бытг.. дЬ юл чек в виде задающего елератср.л 17 ча зхпд ко тор го поступает сигнал задания выходной частоты l t выходом подключенного к запускакицему входу управляемого мультивибратора 18, на управляющий вход которого подается сигнал управления s причем РМКОД мультивибратора 18 подключен к входу формирователе 19 коротки, импульсов, выходом подсоединенного ч распределителя 20 импулъсоз и к одьому входу логического праоб- разоватепя 21, к другое/ входу которого подсоединен выход распределителя 20 импульсов.

Б качестве ис-ючника 1 напряжения чожет быть использовав обычный трехфазный (Б ел применения в промышленных приводах) или однофазным (в случае применения Е тяговых электроприводах электроподвижного состава п менного тока) регулируемый выпряг, гельный или выпрямчтолъ - ко-икверторный преобразователь. Яри

0

5

0

5

Г(

J

0

условии кспс г;ьзоьа«чя предлагаемого преобразователя в приводах электро- | подвижного сое, авг „гостояшюго тока в качестве источника 1 v жет быть применен любой из шиоо.м зрестных импульсных регуляторов,

Логический преобразонатель 21 выполнен в виде набора элементарных логических ячеек И, ИЛИ, НЕ, необходимых для реализации логических функций импульсов управления.

Преобразователь работает следующим образом.

Задающий генератор 17 формирует последовательность коротких импульсов, частота которых регулируется по сигналу UЈ в соответствии с законом частотного управления асинхронным приводом и по переднему фронту которых запускается управляемый мультивибратор 18, формирующий последовательность импульсов S (фиг. 2), примем длительность импульсов S регулируется сигналом управления U . Цо

заднему фронту импульсов регулируемой длительности S формирователь 19 Формирует короткие импульсы, которые в распределителе 20 преобразуются в шесть последовательностей 120-градусной длительности импульсов A, Z, В, X, С, Y, сдвинутых один относительно другого на 60 эл.град, и по тести каналам поступающих на входы логического преобразователя 21, где после преобразования этих импульсов и нмпульсо S и их усиления они по- дается на управпяющие электроды силовых полупроводниковых приборов.

Логические функции F импульсов управления тиристорами, реализуемые логическим преобразователем 21, записывается в следующем виде:

44

A; F4 X; F5 В{

FL Y;

С; Fa

ro S Л С; Fn S A Z;

I

T(2 S Л A; F,3 S Л Xj PM S Л В; F15 S Л Y.

Допустим, демпфирующий конденсатор (являющийся фильтровым конденсатором)

заряжен напряжением с определенной полярностью (фиг. 1). Предполагают,

что сглаживающий реактор 2 обладает бесконечной индуктивностью. Первоначально проводил тиристоры 3 и 3

(F,

и

FJ, ), ток источника питания замыкается по цепи: 2, 3, фаза а, фаза с, 8, 1, 2. В момент времени tf включаются тиристоры 11 « 12, под действием напряжения заряда демпфирующего конденсатора 16 ток в асинхрон ном двигателе, поддерживаемый за счет индуктивных сопротивлений рассеяния фаз, постепенно начинает спадать в фазе а, пропорционально увеличиваясь в фазе Ь, по цепк: + 16, тиристор 12, фаза Ь, фаза а, тиристо 11, - 16 (стрелки пунктирной линией, фиг, 1). По мере протекания коммутационного процесса принудительного гашения тока i в фазе а и принудительного нарастания тока ig в фазе Ь под действием напряжения U.. конденсатора 16 демпфирующий конденсатор 16 частично разряжается. Описанный процесс длится до момента времени Ц.

Интервал времени t f - t г называют интервалом вывода энергии коммутации из демпфирующего конденсатора

г

в нагрузку. В момент времени t на дожидаясь окончательного спада тока ig, выключают тиристоры 3, 11

12 и включают тиристор 5. Одна часть тока сглаживающего реактора 2

замыкается по цели: 2,5, фаза Ь, фаза а, 8, 1, 2. Вторая часть тока реактора 2 замыкается по цепи: 2,5, обратный диод тиристора 12, 16, обратный диод тиристора 11 фаза а, фаза с, 8, 1, 2, заряжая конденсатор 16. При этом в фазе Ь продолжает увеличиваться, а в фазе а продолжает снижаться ток под действием напряжения Ujf того же демпфирующего конденсатора 16 по цепи: + 16, 12, фаза Ъ, фаза а, 11, - 16. По мере спада тока i a до нуля и нарастания тока i ь до полного тока источника к моменту времени t3 зарядный ток конденсатора Т6 уменьшается до нуля. Конденсатор 16 дозаряжается до своего первоначального уровня напряжения

ч называют

Интервал времени интервалом накопления энергии коммутации в демпфирующем конденсаторе.

После завершения процесса коммутации тока в фазах с момента времени tj ток преобразователя замыкается

I

по цепи: 2, 5, фаза Ь, фаза cf 8, 1, 2.

Очередная коммутация на интервале t - t( протекает аналогично описан- лому. После включения тиристоров 11

5

и 14 на интервале t4 - tf под дейст; 6 происходит часвием напряжения U, точное гашение отрицательного тока ic в фазе с и частичное нарастание отрицательного тока ia в фазе а, сопровождающееся выводом энергии коммутации и частичным разрядом демпфирующего конденсатора 16. После выключения тиристоров 8, 11 и 14 и включения тиристора 4 на интервале

t t накопления энергии коммута

ции происходит дальнейшее гашение до нуля отрицательного тока ic и нарастание до максимума отрицательного тока ia, сопровождающееся частичным зарядом демпфирукшсго конденсатора 16.

Регулированием длите- юности импульсов S управляемого мультивибратора 18 за счет сигнала и

лр

обес

печивается регулирование длительнос- -и проводящего состояния допслнитель- тиристоров 10-15, т.е. регулиро- ваг- интервала вывода энергии коммун -ции из демпфирующего конденсатора в мгрузку. В результате меняется а. разрядного тока конденсатора 16 и соогв Т(. регулируется среднее значение напряжения на

Так, например, при уменьшении длительности импульса разрядный ток конденсатора 16 становится меньше зарядного тока и напряженке Uft в ,конце коммутации становится выше предкоммутационного значения напряжения (пунктирная линия S, U(, i на интервале

ч - 1

t - t3 (фиг. 2). И нао- борот, при увеличении длительности импульса S, напряжение U снижается.

U

50

55

Величина сигнала U

У„р может устанавливаться как фиксированной, выбранной, например, для случая максимального тока нагрузки с целью ог- раничения максимального уровня перенапряжения на демпфирующем конденсаторе, так и автоматически, например, .с помощью обычного автоматического регулятора, регулируемой величиной которого является отрицательная обратная связь по напряжению демпфирующего конденсатора. В случае выполнения таким регулятором роли стабилизатора напряжения на конденсаторе на уровне амплитуды максимального линейного напряжения э.п.с. асинхронного двигателя в условиях меняющегося тока нагрузки возможно достижение минимальной длительности процесса коммутации при обеспечении наи- лучшего использования установленной мощности оборудования (т.е. исполь- зования класса применяемых тиристоров) . Наличие предварительного начального заряда на демпфирующем конденсаторе перед пуском преобразователя не является обязательным условием, обеспечивающим работоспособность предлагаемого преобразователя. Действительно, демпфирующий конденсатор выполняет функцию ограничителя перенапряжений, обусловленных комму- тационными процессами, нарастание же на нем напряжения происходит каждый раз после очередной коммутации независимо от уровня начального напряжения заряда.

На фиг. 2 приведены временные диаграммы, соответствующие проводящему состоянию запираемых тиристоров 3-8 и 10-15. Для обеспечения запирания данных тиристоров формируются короткие импульсы по задним фронтам импульсов включ ения, приведенных на фиг. 2, с помощью известных формирователей коротких импульсов (не показано). Сформированные таким образом импульсы подаются на запирающие цепи управления в случае выполнения данных тиристоров в виде тиристоров, выключаемых током управления, или подаются на включение гасящих (коммутирующих) тиристоров в случае выполнения тиристоров 3-8, 10-15 в виде обычных полууправляемых тиристоров, снабженных индивиду- алышми коммутирующими устройствами. Таким образом, в процессе работы (преобразователя энергия коммутации, накопленная на предыдущем интервале накопления энергии в демпфирующем конденсаторе (интервал Ьд - t 3), выводится на последующем интервале вывода энергии из конденсатора в нагрузку (интервал t4 - t5). В результате отпадает необходимость в дополнительном оборудовании, включающем в себя зарядное устройство, зависимый инвертор, согласующий трансформатор, установленная мощность которого равна 30-40% от установленной мощности основного оборудования, что по сравнению с известным значительно упрощает преобразователь постоянного тока в переменный.

Исключение дополнительного оборудования и непроизводительной циркуляции реактивной мощности через источник питания снижает суммарные потери на преобразование и повышает КПД преобразователя.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного тока в переменный, содержащий трехфазный мост основных тиристоров, подключенный выводами постоянного тока через реактор к входным выводам и выводами переменного тока - к выходным выводам и выводам переменного тока трехфазного моста дополнительных тиристоров, а также трехфазный диодный мост, демпфирующий конденсатор и

блок управления, выполненный в виде системы управления автономным инвертором тока, основные и вспомогательные выходы которой подсоединены к управляющим электродам соответствующих основных и дополнительных тиристоров, отличающийся тем, что, с целью упрощения преобразователя и повышения его КПД, выводы демпфирующего конденсатора подсоедийены к выводам постоянного тока моста дополнительных тиристоров, а трехфазный мост диодов подключен встречно- параллельно трехфазному мосту дополнительных тиристоров и соединен с

ним выводами переменного тока, причем основные и дополнительные тиристоры выполнены двухоперационными.

Л ,«Lf5

13 U В, 5 Ь,7 Х,Ґ

Y.6 2,8

С 05