Автономный инвертор тока Советский патент 1991 года по МПК G06F17/17 

1

(21)4605450/07 (22)14.11.88 (46)30.10.91. Бюл №40

(71)Научно-исследовательский электротехнический институт Производственного объединения ХЭМЗ

(72)В.А.Резников, В.В.Женов и А.С.Ива- щенко

(53)621.314.572(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 748742, кл. Н 02 М 7/515, 1978.

Заявка Японии № 58-22944, кл. Н 02 М 7/515, 1983. (54) АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР ТОКА

(57)Изобретение относится к преобразовательной технике, конкретнее к автономным инверторам тока в преобразователях частоты для приводов с короткозамкнутым асинхронным двигателем малой и средней мощности для различных отраслей промышленности. Цель изобретения - повышение надежности, упрощение за счет схемного решения. Устройство содержит мостовой трехфазный выпрямитель 1, подключенный к сети, а выходом через электронные ключи 2, 3 - к входу инвертора тока преобразователя частоты, выход которого соединен с асинхронной машиной 10, параллельно входу инвертора тока подключен тиристорный инвертор напряжения, ведомого сетью 11, причем инвертор тока по входу шунтирован последовательно соединенными электронным клкЗчом 12 и диодом 14. 1 ил.

о

СО 00 СО

ел

Ч)

Изобретение относится к преобразовательной технике, а конкретнее к автономным инверторам тока в преобразователях частоты для приводов с короткозамкнутым асинхронным двигателем малой и средней мощности для различных отраслей промышленности.

Целью изобретения является повышение надежности путем упрощения схемного решения.

Поставленная цель достигается тем, что инвертор тока, содержащий источник питания постоянного тока, который выходными выводами через электронные ключи подключен к выводам постоянного тока моста основных тиристоров инвертора тока, выход которого соединен с асинхронной машиной, снабжен по входу через электронные ключи неуправляемым выпрямителем, подключенным к сети и подключенным параллельно выводам входа инвертора тока тиристорного инвертора напряжения, ведомого сетью.

На чертеже представлена схема предлагаемого автономного инвертора тока.

Устройство содержит мостовой трехфазный выпрямитель 1, выполненных на диодах и подключенный к трехфазной сети переменного напряжения с частотой 50 Гц, выходными выводами выпрямитель 1 через электронные ключи 2,3 соединен с выводами входа моста основных тиристоров 4-9 инвертора тока, выход которого соединен с асинхронной машинойЮ, параллельно выводам входа инвертора тока подключен инвертор 11 напряжения, ведомый сетью, выполненный по трехфазной мостовой схеме на тиристорах и подключенный к питающей трехфазной сети переменного напряжения, причем инвертор тока по входу шунтирован последовательно соединенными электронным ключом 12 и диодом 13, помимо этого электронный ключ 12 шунтирован диодом 14. Блок 15 управления производит управление тиристорами 4-9 инверторов тока, управление ключами 2, 3, 12 и управление тиристорами инвертора 11 напряжения, ведомого сетью.

Между выводом соединения катодной группы тиристоров 5, 7, 9 инвертора тока и общей точкой соединения электронных ключей 3, 12 катода диода 14 и анодной группы тиристоров инвертора 11 напряжения установлены измеритель 16 тока (шунт) и высокочастотный датчик 17 нулевого тока.

На тиристоры инвертора 11 напряжения, ведомого сетью, подаются непрерывно отпирающие импульсы длительностью 120°, в моменты времени, соответствующие ин- верторному режиму работы инвертора напряжения. Угол, соответствующий инвертор- ному режиму, установлен в 150°. При этом выходное напряжение инвертора 11 напряжения в соответствии с формулой равно

Ud 1,35Un cos a,

ил - линейное напряжение сети;

а- угол управления тиристорами. При 1)„ 380 В и а 150° Ud 1,35-380 cos150° 446,3 В.

В качестве электронных ключей 2, 3, 12 (как показано на фиг. 1) использованы транзисторы (например, модуль транзисторный 2М2-40-7 с параметрами: I 40 A. U 70° В). Вместо транзисторов 2, 3, 12 могут быть

использованы запираемые тиристоры.

Блок 15 управления включает в себя систему регулирования тока и частоты преобразователя. Темп изменения частоты определяется задатчиком интенсивности,

подключенным к входу задающего генератора частоты, выход которого соединен с пересчетным кольцом, определяющим порядок следования управляющих сигналов на тиристоры инвертора тока. По току двигателя осуществляется формирование сигнала управления, которое сравнивается в схеме компараторов. Система управления содержит логические схемы управления ключами устройства.

Устройство работает следующим образом.

При начальном задании преобразователя частоты, равном нулю, электронные ключи 2, 3, 12 разомкнуты. При подаче задания

тока инвертора тока подаются сигналы на включение транзисторов 2, 3 и 12 и пусть при этом поданы сигналы на включение тиристоров 4 и 7. При включении транзисторов 2 и 3 ток 1И, обозначенный стрелкой

направления на фиг. 1, под воздействием напряжения выпрямителя 1 нарастает. При превышении величины заданного тока, величина которой может регулироваться установкой в блоке 15 управления, системой

управления выдается сигнал на отключение транзисторов 2 и 3, транзистор 12 остается включенным. При размыкании транзисторов 2 и 3 ток 1Н под воздействием ЭДС само- индукции обмоток а и b статора

асинхронного двигателя 10 начинает протекать по контуру: тиристор 7 - транзистор 12 и диод 13 -тиристор 4, т.е. происходит шунтирование обмоток a, b статора двигателя через перечисленные элементы. При уменьшении величины тока )н по отношению к заданному на определенную уставку системой управления блока 15 снова выдается сигнал на включение транзисторов 2 и 3. При заданном времени работы тиристоров

4 и 7 инвертора тока, определяемом заданной частотой преобразователя, непрерывность заданного тока нагрузки обеспечивается коммутацией транзисторов 2, 3 и работой транзистора 12. При этом обеспечивается малый уровень пульсаций тока в нагрузке. При формировании перехода работы тиристоров 4 и 9 и необходимости отключение работы тиристора 7 системой управления блока 15 выдается снятие управляющих сигналов с транзисторов 2,3,12 и снятие управляющих сигналов с тиристоров 4, 7 инвертора тока. При отключении транзисторов 2, 3 и 12 ток н под воздейсти- ем ЭДС инвертора 11 напряжения, ведомого сетью, спадает, протекает как показано на фиг. 1 пунктирной линией, т.е. происходит форсированное гашение тока в обмотках а и b статора двигателя в сеть за счет выходного напряжения инвертора напряжения, ведомого сетью. При спадании тока до нуля происходит закрывание тиристоров 4, 7 инвертора тока. Система управления блока 15, получив сигнал с высокочастотного датчика 17 нулевого тока об отсутствии тока в нагрузке, обрабатывает его и через паузу во времени порядка 0,3-0,5 мс производит включение транзисторов 2, 3, 12 и подачу управляющих сигналов на тиристоры 4, 9 инвертора тока, т.е. включение в работу на протекание тока в обмотке а и с. При включении транзисторов 2, 3 под воздействием напряжения выпрямителя 1 происходит нарастание тока. При превышении уставки заданного тока производится отключение ключей 2, 3 и ток начинает спадать через включенные тиристоры 4, 9 - транзистор 12 и диод 13, т.е. процесс поддержания , заданного тока и дальнейший переход на работу других фаз инвертора тока происходит так же, как описано.

Необходимая пауза в токе инвертора тока во времени 0,3-0,5 мс, как описано, между переключением работы других фаз необходима для четкого закрытия работавших тиристоров после открытого состояния (время для восстановления закрытого состояния тиристора, как известно составляет 30-100мкс).

Принципиальной особенностью при поддержании заданного тока является то, что формирование электромагнитных процессов рост-спад тока в контурах коммутации происходите переменным коэффициентом, т.е. нарастание тока происходит форсированно при включении транзисторов 2 и 3, а спадание-замедленно за счет шунтировки инвертора тока транзистором 12. Шунтирование транзистором 12 при спадании тока нагрузки дало возможность значительно

уменьшить частоту включения транзистор .-м; 2, 3 при поддержании тока и облегчить р-ч- боту их, помимо это дало возмог нос г ь улуч шить энергетические показатели при потреблении электроэнергии от сети.

Для данного преобразователя частоты нормальным рабочим режимом является как режим потребления энергии, так и рекуперация энергии в сеть, что способствует

0 также улучшению энергетических показате лей,

В инверторе тока преобразователя частоты и в инверторе напряжения, ведомого сетью, могут быть использованы кяк обыч5 ные тиристоры, так и оптронные тиристоры например ТО2 40-9 (с параметром 40 А, 900 В). При использовании оптронных тиристоров, которые имеют потенциальную развязку управляющих электродов от силовой

0 цепи тиристора.схемное решение управления тиристорами инвертора тока и инвертора напряжения, ведомого сетью, упрощается, так как не требуется импульсных трансформаторных узлов, необходимых

5 при применении обычных тиристоров и осуществляющих потенциальную развязку между низковольтными цепями управления и высоковольтными цепями силовой части. Пауза в отсутствие тока в двигателе

0 (0,3-0,5 мс) не оказывает влияния на регулировочные характеристики скорости, при этом времени не происходит изменения скорости, так как время отсутствия тока очень мало по отношению постоянной вре5 мени маховых масс двигателя и нагрузки. Формула изобретения Автономный инвертор тока, содержащий последовательно соединенные входной мостовой выпрямитель и выходной

0 инвертор тока, а также инвертор напряже ния, ведомый сетью, входы которого подключены к входным выводам инвертора, а катоды катодной группы тиристоров соединены с катодным выходом выпрямителя,

5 аноды анодной группы - с анодным выходом выпрямителя, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, он снабжен тремя ключевыми элементами, двумя диодами, измерителем тока и высоко0 частотным датчиком нулевого тока, причем в цепь каждого выходного вывода выпрямителя включен ключевой элемент, вход инвертора тока шунтирован последовательно соединенными диодом и третьим ключевым

5 элементом, который шунтирован обратным диодом, а между точкой соединения транзистора и катодами катодной группы тиристоров выходного инвертора включены последовательно в цепь измеритель тока и высокочастотный датчик нулевого тока.