Преобразователь постоянного тока в переменный Советский патент 1991 года по МПК H02M7/515 

со

с

Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. .использовано в преобразователях частоты, работающих в режиме источника тока, для питания бесколлекторных двигателей переменного тока. Целью является упрощение и повышение КПД. Устр-во содержит сглаживающий дроссель 2. Мост двухоперационных тиристоров 3-8 выводами переменного тока со; единен с выводами переменного тока моста однооперационных тиристоров 10-15 и моста диодов 16-21. Мост диодов 16-21 подключен к демпфирующему конденсатору 22, соединенному с двухоперационными тиристорами 23, 24. В процессе работы энергия коммутации выводится непосредственно в фазы трехфазной нагрузки 9. 2 ил.

ON О

СА 00

Изобрегение относится к электротехнике, а именно к сиповой преобразовательной технике, и можег быть использовано в различных преобразователях частоты, работающих в режиме источника тока, для питания бесколлекторных двигателей переменного тока.

Известен преобразователь постоянного тока в переменный, содержащий трехфазный мост основных тиристоров, выводами постоянного тока подключенный к входным зажимам преобразователя и выводами переменного тока подключенный к трехфазной нагрузке, трехфазный мост дополнительных тиристоров, выводами переменного тока подсоединенный к выводам трехфазной 1нагрузки и выводами постоянного тока подсоединенный к одной обкладке коммутирующего- конденсатора, два согласно-последовательно соединенных коммутирущих тиристора, свободным анодом и катодом подсоединенные к положительному и отрицательному входным зажимам преобразователя, а общей точкой соединения анода и катода подсоединены к . другой обкладке коммутирующего конденсатора, дополнительный согласующий трансформатор с двумя комплектами вторичных обмоток, первичная обмотка которого подключена к сети, подзаряжающий источник, выполненный в виде последовательно соединенных трехфазного диодного моста, получающего питание от одного комплекта вторичных обмоток, сглаживающего LC-фильтра и однофазного тиристорного инвертора, выходом подключенного к выводам коммутирующего конденсатора, источник ограничивающей противо-ЭДС, выполненный в виде однофазного диодного выпрямителя, входом подключенного к выводам коммутирующего конденсатора, а выходом подключенный к выводам демпфирующего конденсатора и через индуктивный фильтр подключенный к входу зависимого инвертора, выход которого подключен к второму комплекту вторичных обмоток согласующего трансформатора.

Недостатками известною устройства являются сложность, низкий КПД и ограниченный сверху диапазон регулирования выходной частоты преобразователя. Сложность преобразователя обусловлена наличием большого количества как управляемых, так и неуправляемых силовых полупроводниковых приборов, а также наличие дополнительных LC-фильтров и дополнительного согласующего трансформатора, Мощность, потребляемая из сети и преобразуемая устройством, не полностью используется для передачи ее нагрузке асинхронному двигателю, значительная ее доля накапливается в демпфирующем кон денсаюре и затем через зависимый инвертор возвращается обратно в питающую

сеть. Таким образом, циркуляция энергии коммутации, не выполняющей полезной работы, приводит к-повышению потерь на преобразование, что говорит о низком КПД преобразователя.

0В процессе коммутации коммутирующий конденсатор перезаряжается током нагрузки. При малых значениях тока нагрузки время перезаряда конденсатора неизбежно увеличивается, что при высокой выходной

5 частоте может нарушить устойчивую по условиям коммутации работу преобразователя. В результате очевидна необходимость ограничения сверху диапазона регулирования частоты и, следовательно, сужения об0 ласти применения устройства.

Известен также преобразователь постоянного тока в переменный, содержащий трехфазную нагрузку, трехфазный мое основных двухоперационных тиристоров, вы5 водами переменного тока подсоединенный к выводам трехфазной нагрузки, трехфазный мост диодов, выводами переменного тока подсоединенный к выводам трехфазной нагрузки, демпфирующий конденсатор,

0 своими выводами подсоединенный к выводам постоянного тока трехфазного- диодного моста, однофазный мост двухоперационных тиристоров, выводами постоянного тока подсоединенный к разноименным вы5 водам постоянного тока трехфазного диодного моста, однофазный диодный мост, встречно-параллельно подключенный к однофазному мосту дополнительных двухоперационных тиристоров, два токоограни0 чивающих реактора, причем объединенные выводы переменного тока однофазных мостов через указанные токоограничивающие реакторы подключены к выводам постоянного тока трехфазного моста основных ти5 ристоров.

Недостатком известного устройства является сложность и низкий КПД. Сложность устройства обусловлена наличием большого количества двухоперационных тиристоров

0 (которые являются дорогостоящими со сложной технологией изготовления приборами), а также наличием токоограничиваю- щих реакторов. Низкий КПД известного устройства обусловлен тем, что реактивная

5 энергия фаз асинхронного двигателя, поступающая в демпфирующий конденсатор при коммутации, выводится оттуда через токоограничивающие реакторы в цепь постоянного тока, откуда она вновь используется для преобразования постоянного тЪка в переменный. Таким образом, циркуляция реактивной энергии нагрузки по цепи, содержащей токоограничивающие реакторы, цепь постоянного тока и основные тиристоры, приводит к дополнительным потерям мощности в элементах указанной цепи, что снижает КПД устройства.

Цель изобретения - упрощение преобразователя и повышение КПД.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий трехфазную нагрузку, два трехфазных моста основ- ных двухоперационных тиристоров и диодов, выводами переменного тока подсоединенные к трехфазной нагрузке, демпфирующий конденсатор, своими выводами подсоединенный к выводам постоянного тока трехфазного диодного моста, и два вспомогательных двухоперационных тиристора, дополнительно вводится трехфазный мост однооперационных тиристоров, выводами переменного тока подсоединенный к трехфазной нагрузке и выводами постоянного тока подсоединенный к одному аноду и одному катоду упомянутых двух вспомогательных двухоперационных тиристоров, причем другие катод и анод двухоперационных тиристоров подсоединяют каждый к соответствующему выводу демпфирующего конденсатора.

Введение дополнительного трехфазного моста тиристоров и подсоединение его и вспомогательных двухоперационных тиристоров указанным образом позволяет выводить накопленную реактивную энергию из демпфирующего конденсатора непосредственно в нагрузку на участке интервала коммутации, что по сравнению с прототипом исключает необходимость в дополнительных двухоперационных тиристорах и допол- нительном реактивном оборудовании, позволяет упростить преобразователь, исключить непроизвольную циркуляцию реактивной мощности по цепи постоянного тока, чем обеспечивается снижение потерь мощности и повышение КПД.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.

Преобразователь содержит источник регулируемого постоянного тока, выполненный в виде последовательно соединенных источника 1 регулируемого напряжения и сглаживающего дросселя 2, к выходу которого подключен вход трехфазного инвер- торного моста двухоперационных тиристоров 3-8, выходом подключенного к асинхронному двигателю 9. К фазам асинхронного двигателя подсоединены также выход инвертормого моста однпопррсщионных тиристоров 10 15 и вход выпрямительного моста диодов 16-21. на выход которого подключен демпфирующий конденсатор 22, 5 причем мосты диодов 16-21 и тиристоров 10-15 подсоединены выходами встречно- параллельно друг другу через двухопераци- онные тиристоры 23 и 24 Преобразователь содержит также блок управления, который 10 выполнен в виде задающего генераторе 25. на вход которого поступает сигнал задания частоты Uf, выходом подключенного к запускающему входу управляемого одновибра- , на управляющий вход которого 5 подается сигнал управления Uynp, причем выход одновибратора 26 подключен к входу распределителя 27 импульсов.

В качестве источника 1 может бь ть использован обычный трехфазный или одно0 фазный регулируемый выпрямитель.

Преобразователь работает следующим образом.

Задающий генератор 25 формирует последовательность коротких импульсов U25C

5 частотой, регулируемой по сигналу Uf в соответствии с законом частотного управления асинхронным приводом. По переднему фронту импульсов U25 запускается управляемый мультивибратор 26, который формиру0 ет последовательность импульсов С управляемой по сигналу Uynp длительностью. По заднему фронту импульсов U26 в распределителе 27 формируется шесть последовательностей 120-градусной длитель5 ности импульсов управления, сдвинутых один относительно другого на 60 эл.град., которые так же, как и импульсы U26, распределяются на управляющие электроды тиристоров 3-8, 10--15, 23 и 24 в соответствии с

0 диаграммами на фиг. 2.

Допустим, первоначально демпфирующий конденсатор 22 заряжен напряжением, полярность которого показана на фиг. 1, и проводят тиристоры 3 и 8, ток источника

5 питания замыкается по цепи: 2, 3, А, С, 8, 1, 2. В момент времени ti включаются тиристоры 11, 12, 23 и 24. Под действием напряжения заряда демпфирующего конденсатора 22 ток в асинхронном двигателе, под0 держиваемый за счет индуктивных сопротивлений рассеяния фаз, постепенно начинает в фазе А спадать, пропорционально увеличиваясь в фазе В, по цепи: + 22, 23,12, фаза В, фаза А, 11, 24,- 22. По мере

5 протекания нарастающего тока через демпфирующий конденсатор 22 он частично разряжается. Описанный интервал коммутации-тока называется-процессом вывода энергии коммутации из демпфирующего конденсатора в нагрузку.

В момент времени t2, не дожидаясь окончательного спада тока а до нуля, включают тиристоры 23, 24, 3 и включают тиристор 5. Ток сглаживающего дросселя 2 протекает по двум параллельным цепям: 2. 5, В, С, 8, 1, 2 и 2, 5, 18, 22, 17, А, С, 8, 1, 2. Под действием демпфирующего конденсатора 22 ток в фазе В продолжает увеличиваться, а в фазе А уменьшаться по цепи: + 22, 18, В, А, 17, - 22. Протекающий через конденсатор 22 ток 22 частично подзаряжает конденсатор 22 до первоначального уровня. Описанный коммутационный процесс, сопровождающийся зарядом демпфирующего конденсатора, называется процессом накопления энергии коммутации. В момент времени т.з ток ia спадает до нуля, а ток в фазе В 1ь нарастает до полного тока источника,

После завершения процесса коммутации тока двух фаз асинхронного двигателя после момента т,з ток преобразователя замыкается по цепи: 2, 5, В, С, 8, 1, 2.

Очередной процесс коммутации на интервале протекает аналогично. После включения тиристоров 11, 14, 22 и 24 на интервале вывода энергии коммутации из демпфирующего конденсатора в нагрузку под действием напряжения 1)22 происходит частичный спад отрицательного тока ic в фазе С и частичное нарастание отрицательного тока в фазе А. После выключения тиристоров 8,23 и включения тиристора 4 на интервале ts-te накопления энергии коммутации в демпфирующем конденсаторе происходит дальнейший спад до нуля тока с и нарастание до максимума отрицательного тока ia.

Регулированием длительности импульсов U26управляемого одновибратора 26 путем изменения напряжения Uynp обеспечивается регулирование длительности процесса частичного разряда демпфирующего конденсатора 22 и, следовательно, меняется среднее значение напряжения на нем. Изменением напряжения на конденсаторе 22 можно регулировать крутизну нарастания и спада тока коммутируемых фаз, .Причем на низких частотах вращения за счет уменьшения напряжения IJ22 можно уменьшить крутизну тока ни интервале коммутации (принцип затянутой коммутации), чем обеспечивается улучшение формы тока двигателя и достигается более плавный вращающий момент, Для расширения вверх диапазона регулирования частоты, наоборот, увеличивают напряжение демпфирующего конденсатора, что позволяет увеличить крутизну тока и сократить интервал коммутации.

На фиг. 2 приведены временные диа1 раммы, соответствующие проводящему со стоянию тиристоров. Для обеспечения запирания двухоперационных тиристоров

3-8, 23 и 24 по задним фронтам импульсов включения формируются короткие импульсы с помощью известных формирователей коротких импульсов (не показано). Оформи рованные таким образом импульсы подают0 ся на запирающие цепи управления в случае выполнения данных тиристоров в виде тиристоров, выключаемых током управление, или подаются на включение гасящих (коммутирующих) тиристоров в случае выполне5 ния тиристоров 3-8, 23 и 24 в виде обычных полууправляемых тиристоров, снабженных индивидуальными узлами принудительной коммутации.

Таким образом, видно, что в процессе

0 работы устройства энергия коммутации на коммутационном интервале выводится непосредственно в фазы трехфазной нагрузки, в результате чего по сравнению с прототипом отпадает необходимость в до5 полнительном оборудовании, включающем в себя два двухоперационных тиристора и два токоограничивающих реактора, установленная мощность которого составляет не менее 30% от установленной мощности

0 основного оборудования, что позволяет упростить преобразователь и улучшить стоимостные показатели.

Исключение дополнительного оборудования и непроизводительной циркуляции

5 реактивной мощности через цепь постоянного тока снижает суммарные потери мощности на преобразование и повышает КПД устройства.

Амплитуда тока демпфирующего кон0 денсатора, работающего в режиме частичного разряда-заряда, снижается в два раза, что позволяет снизить его установленную мощность в четыре раза и обеспечить лучшие массогабаритные показатели устройст5 ва,

Формула изобретения Преобразователь постоянного тока в переменный, содержащий трехфазный мост

0 основных двухоперационных тиристоров и трехфазный мост диодов, выводами переменного тока подсоединенные к выводам для подключения трехфазной нагрузки, демпфирующий конденсатор, своими вывода5 ми подсоединенный к выводам постоянного тока трехфазного диодного моста, и два вспомогательных двухоперационных тиристора, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения КПД преобразователя, он дополнительно снабжен трехфазным мостом тиристоров, выводами переменного тока подсоединенным к выводам для подключения трехфазной нагрузки и выводами постоянного тока - к одному аноду

и одному катоду упомянутых двух вспомога-

i itKr-й- J --Д- -Л П П . Р ,

Г ;- ; 7t/ гг ; r-i f - п ч т - ;.- Q«2 p- z n 24ztrT:32-n : r|- fT .

: ill

КN. К К Ч1 К К1

Ф-ф -xMi-lJV r- тельных двухоперационных тиристоров, причем другие катод и анод двухоперационных тиристоров подсоединены каждый к соответствующему выводу демпфирующе J4I

N1

и.

u