Непосредственный преобразователь частоты с принудительной коммутацией Советский патент 1991 года по МПК H02M5/27 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике, используемой преимущественно в автономном тяговом электроприводе с частотно-регу- лируемьми асинхронными короткозамкну- электродвигателями.

Целью изобретения является улучшение массогабаритных показателей.

На чертеже изображена принципиальная схема непосредственного преобразователя частоты с принудительной коммутацией. Для простоты изложения на чертеже опущены элементы второстепенные к сути заявляемого устройства, например,дроссели, ограничивающие скорость нарастания коммутационного

тока, входные линейные дроссели, за- цитные RCD-цепочки, бпоки управления и прочие, которые могут быть выполнены по известным техническим, решениям. На чертеже в качестве примера конкретного выполнения представлена трехфазная мостовая схема непосредственного преобразователя частоты с принудительной коммутацией. Главные тиристоры 1-18 образуют мосты, включенные между входными 19 и выходными 20 выводами преобразователя. Входные распределительные диоды 21-26 образуют мост, выводы постоянного тока которого подключены к вспомогательной цели. Во вспомогательной цепи поS

стоянного тока включены конденсатор 27, компенсирующий избыточную реактивную энергию источника питания при принудительной коммутации, вспомога- тельные нагрузки 28 преобразователя или электропривода, например мотор- вентиляторы, коммутационные запираемые тиристоры 29 и 30. Выходные распределительные тиристоры 31-36 образуют мост, выводы постоянного тока которого подключены к вспомогательной цепи, а именно, к коммутационным запираемым тиристорам 29, 30, а выводы переменного тока подключены к выходным выводам 20 преобразователя.

Коммутационный источник выполнен в виде автотрансформатора 37 с основными обмотками 38 и дополнительными обмотками 39. Концы основных обмоток 38 объединены, начала основных обмоток 38 соединены с концами дополнительных обмоток 39 и с выходными выводами 19 преобразователя, начала дополнительных обмоток 39 соединены с выводами переменного тока моста входных распределительных диодов 21-26. Входными выводами 19 преобразователь подключается к источнику питания, каковым в автономном тяговом электроприводе является синхронный генератор. Выходными выводами 20 преобразователь подключается к нагрузке, каковой в автономном тяговом электроприводе является частотно-регулируемый асинхронный электродвигатель с коротко- замкнутым ротором.

Работа непосредственного преобразователя частоты в автономном тяговом электроприводе определяется необходимостью обеспечить пусковой и длитель- .ный режимы и протекает следующим образом.

В пусковом режиме величина напряжения на входе преобразователя, задаваемая синхронным генератором, изменяется от нуля до максимальной. Частота входного напряжения при этом постоянна и равна максимальной частоте генератора. Для частотного регулирования асинхронного двигателя в пусковом режиме преобразователь путем цикличного переключения главных тиристоров 1-18 формирует выходное напряжение, частота которого изменяется почти пропорционально изменению вели- чины напряжений от нуля до минимальной частоты длительного режима. Минимальная частота длительного режима составляет 1/4 максимальной частоты

0 5

5

0

5

0

5

0

длительного режима. В практически реализованных автономных тяговых электроприводах максимальная частота длительного режима, равная максимальной частоте асинхронного двигателя, почти равна максимальной частоте ге-. нератора.

Таким образом, в пусковом режиме частота входного напряжения преобразователя максимальная, а частота выходного напряжения изменяется от нуля до 1/А максимальной частоты входного напряжения. Для обеспечения такого диапазона изменения частоты выходного напряжения в непосредственном преобразователе частоты не требуется применения принудительной коммутации главных тиристоров, поэтому в пусковом режиме достаточно естественной коммутации главных тиристоров напряжением источника питания, которая и применяется.

Коммутационные запираемые тиристоры 29, 30 и выходные распределительные тиристоры 31-36 в пусковом режиме не действуют. В длительном режиме работы электропривода для обеспечения диапазона изменения частоты выходного напряжения от минимальной длительного режима, равной 1/4 максимальной, до максимальной естественной коммутации недостаточно, - требуется применение принудительной коммутации главных тиристоров, которая осуществляется следующим образом. Полярности напряжений, действующих в схеме в рассматриваемый момент, показаны на чертеже (в качестве примера). Пусть включены главные тиристоры 1, 7, 18, которые проводят токи от источника питания в нагрузку. Для принудительного отключения, например, главного тиристора 1, включают коммутационный запираемый тиристор 29 и выходной распределительный тиристор 31. Дополнительная обмотка 39 оказывается замкнутой накоротко по цепи дополнительная обмотка 39 - входной распределительный диод 21 - коммутационный запираемый тиристор 29 - выходной распределительный тиристор 31 - главный тиристор 1 - дополнительная обмотка 39. Ток короткого замыкания, возникающий в указанной цепи,протекает встречно току нагрузки главного тиристора 1 и вытесняет его. Главный тиристор 1 обесточивается и под действием напряжения дополнительной обмотки 39, приложенного к тиристору 1

в обратном направлении, восстанавли- вает свои запирающие свойства. Для надежного запирания главного тиристо ра ему требуется обратное напряжение порядка 100 В. Таким образом, величина напряжения дополнительной обмотки задается равной порядка 100 В при максимальном напряжении на входе преобразователя. Поскольку в длительном . режиме напряжение на входе преобразователя стабильно и равно максимальному, коммутационная способность коммутационного источника также стабильна, что гарантирует высокую надежность принудительной коммутации во всем диапазоне изменения частот в длительном режиме.

По истечении времени выключения, необходимого для восстановления запирающих свойств главного тиристора 1, коммутационный запираемый тиристор 29 отключают по своей цепи управления, при этом обесточивается и отключается выходной распределительный тиристор 31. Процесс принудительной коммутации на этом заканчивается и группа главных тиристоров 1, 3, 5 переводится в инверторный режим для пропускания реактивного тока отключенной фазы нагрузки, а именно, при указанной полярности напряжений включают главный тиристор 5 и реактивный ток нагрузки замыкается по цепи выходные выводы преобразователя 20 - главный тиристор 18 - главный тиристор 5 - выходные выводы преобразователя 20. Реактивный ток источника питания замыкается по цепи входные выводы преобразователя 19 - дополнительная обмотка 39 - входной распределительный диод 21 - конденсатор 27 - входной распределительный диод 26 - дополнительная обмотка 39 другой фазы автотрансформатора 37 - входные выводы преобразователя 19. Главные тиристоры 1, 3, 5 по окончании протекания реактивного тока нагрузки прекращают работу в инверторном режиме и запираются. Включаются в работу главные тиристоры 2, 4, 6 в выпрямительном режиме для проведения активного тока противоположного направления в рассматриваемой фазе нагрузки и т.д. до следующей принудительной коммутации, протекающей аналогично описанной .

В качестве коммутационного источника может быть использован источник

питания преобразователя, например, синхронный генератор в автономном тяговом электроприводе, схема включения которого совпадает со схемой включения автотрансформатора 37 (см. чертеж) , для чего достаточно рассматривать основные 38 и дополнительные 39 обмотки, как обмотки статора синхронного генератора, питающего преобразователь. |

Работа такой схемы протекает аналогично описанной без каких либо отличий.

Введение дополнительных обмоток и включение их между входными выводами преобразователя к входными распределительными диодами выгодно отличает предлагаемый непосредственный преобразователь частоты с принудительной коммутацией от прототипа отсутствием коммутационного диодного выпрямителя. Использование главного синхронного генератора, питающего преобразователь, также для принудительной коммутации главных тиристоров, дает дополнительный положительный эффект - отсутствие коммутационного трансформатора. Наличие дополнительных обмоток не ведет к увеличению массы и объема коммутационного автотрансформатора, поскольку при переоборудовании схемы прототипа по предлагаемой схеме в качестве дополнительных могут быть использованы вторичные обмотки трансформатора. Наличие же дополнительных обмоток в синхронном генераторе не ведет к сколь-нибудь ощутимому увеличению массы и объема генератора, поскольку их мощность составляет 2-3% от мощности генератора. Таким образом, обеспечивается достижение поставленной цели - снижение массы и объема преобразователя без ухудшения

показателей других элементов электропривода. В случае использования предлагаемого технического решения в автономном тяговом электроприводе, а именно, на тепловозе, масса и объем

преобразователя могут быть снижены по сравнению с прототипом ориентировочно на 5%.

Формула Изобретения

1. Непосредственный преобразователь частоты с принудительной коммутацией, содержащий m-фазные мосты главных тиристоров, выводами переменного тока подключенные к входным его силовым выводам, а выводами постоянного тока - к соответствующим выход ным выводам, m-фаэный мост распределительных диодов, выводами переменно- го тока, связанный с входными силовыми выводами преобразователя, а выводами постоянного тока через коммутационные запираемые тиристоры подключенный к соответствующим выводам постоянного тока n-фазного моста рас« пределительных тиристоров, выводы переменного тока которого подключены к выходным выводам преобразователя, а такпе блок управления, отличающийся тем, что, с целью - улучшения массогабаритных показателей, он снабжен основной и дополни37

,тельной гд-фазными обмотками, причем основная обмотка соединена в звезду и подключена к входным силовым вы- водам преобразователя, а дополнительная обмотка соединена пофазно согласно последовательно с основной обмоткой и другими концами подключена к входным выводам моста распределительных диодов.

2.Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что указанные обмотки принадлежат автотрансформатору.

3.Преобразователь по п.1, отличающийся тем,, что указанные обмотки принадлежат автономному генератору.

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике. Целью изобретения является улучшение массо- габаритных показателей. Преобразователь в трехфазном варианте содержит три моста главных тиристоров 1-18, мосты распределительных диодов 21-26 и тиристоров 31-36, а также запираемые тиристоры 29, 30. Цель достигается включением дополнительных обмоток 39 между входными выводами преобразователя и входными выводами моста распределительных диодов 21-26. Обмотки 39 могут принадлежать либо автотрансформатору, либо синхронному генератору. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.