Частотно-регулируемый электропривод Советский патент 1993 года по МПК H02M7/515 H02P5/16 

Изобретение относится к электроприводу, частота вращения двигателя которого регулируется посредством инвертора, питающегося от источника постоянного тока.

Цель изобретения - снижение стоимости, габаритов и повышение надежности частотно-регулируемого электропривода - достигается тем, что в качестве вентилей второго моста использованы тиристеры, входные выводы первого тиристорного моста соединены конденсаторами с одноименными входными выводами, положительным и отрицательным, второго мостачмежду которыми включен введенный обратный вентиль.

На фиг. 1 представлена схема предложенного электропривода; на фиг. 2 - схема электропривода-прототипа.

На фиг. 1 тиристорный мост, состоящий изтиристоров 1-6, подключен к источнику 7 постоянного тока через транзистор 8. Источником 7 может быть как выпрямитель

(управляемый или неуправляемый), так и ак- С/1 кумулятор. К первому тиристорному мосту f через конденсаторы 9-10 подключен второй мост на тиристорах 11-16, вход которого шунтирован обратным вентилем 17. Выходы мостов объединены и к ним подключены Обмотки двигателя 18.

В электроприводе-прототипе (фиг.2) ти- ОО ристорный мост подключен к источнику 7 Ю постоянного тока не только через транзи- О стор 8, но и через транзистор 19, и парал- sQ лельно источнику 7 подключен конденсатор QQ 20. Вместо дополнительного моста на тири- агорах 11-16 в электроприводе-прототипе имеется мост обратных вентилей 21-26.

По схеме на фиг. 1 рассмотрим работу Ј предложенного электропривода для случая, дЭ когда не ставится задача обеспечения синусоидальности токов двигателя и назначение ; мостов сводится к изменениям направлений токов в обмотках двигателя 18 в соответ- ствии с заданной частотой питания

двигателя. Установление требуемого напряжения питания обеспечивается либо регулированием источника 7, либо широтной модуляцией тока базы транзистора 8. Рассмотрим вначале операции переключения токов управления тиристоров 11-16 при широтной модуляции тока базы транзистора 8, осуществляемой с целью установления требуемого напряжения, то есть когдз в цепь токов самоиндукции должен быть введен вентиль 17. Полагаем, что использованы быстродействующие вентиль 17 и тиристоры 11-16, Пусть в период времени между двумя изменениями направлений токов в обмотках двигателя 18, то есть на протяжении 1/6 выходной частоты, направления токов в фазах соответствуют сплошным стрелкам на фиг, 1. Тогда а этот период времени должны быть постоянно включены токи управления тиристоров 1,3,6 первого моста, а перед разрывом транзистором 8 цепи источника 7 должны подаваться короткие импульсы токов управления на соответствующие тири- сторы второго Моста, то есть на тиристоры 11, 13, 16. Тогда при отключении источника 7 токи самоиндукции фаз А и В перекинутся с тиристоров 1,3,6 первого моста на тиристоры 11, 13, 16, второго моста и замкнутся через обратный вентиль 17 (обесточивание тиристоров 1,3,6 произойдет ввиду того, что цепи с последовательно соединенными конденсаторами 9, 10 и тиристорами 1,3,6 окажутся шунтированными тиристорами .11, 13,1-6). При последующем замыкании цепи источника 7 включаются тиристоры 1,3,6 и отключаются тиристоры 11, 13, 16, то есть восстанавливается прежнее токораспреде- ление. Пусть.рассматриваемый период времена заканчивается изменением тока в фазе А на обратное, указанное пунктирной стрелкой. При последнем в этот период времени включении транзистора 8 отключается ток управления тиристора 1 м включаются токи управления лишь тиристоров 13,16, но не тиристора 11. Перед отключением транзистора 9 дается выдержка времени на вос- становление запирающих свойств тиристора 11 (эта выдержка получается автоматически, если период широтной модуляции транзистора 8 больше времени восстановления запирающих свойств тиристоров 11-16). Тогда при отключении транзистора 8 ток фазы В перебросится с тиристоров 3, 6. на тиристоры 13, 16 и замкнется по цепи: фаза В - фаза С - гиристор 16 - обратный вентиль 17 - тиристор 13 - фаза В. Ток яге фазы А замкнется по цепи: фаза А - фаза. С - тиристор 16 - обратный вентиль 17 - конденсатор 9 - тиристор 1 - фаза А. При образовании указанной цепи

конденсатор 9 будет заряжаться током ь с направлением зарядной ЭДС ЕС, указанном пунктирной стрелкой. После того, как с момента отключения транзистора 8 пройдет

время переключения tn to + te, может быть включен ток управления тиристора 2 и транзистора 8 (to - время спада тока до нуля; т.в - время восстановления запирающих свойств тиристоров). При этом должен остаться

0 включенным тиристор 3, через который будет протекать суммарный ток фаз А, С. Таким образом, при новой комбинации направлений токов оказываются включенными в первом мосте тиристоры 2, 6, 3, с

5 включением которых и транзистора 8 конденсатор 9 с зарядной ЭДС Ее будет разряжаться по цепи: источник 7 - конденсатор 9 - тиристор 13 - фаза В - фаза А, фаза С - тиристор 2, тиристор 6 - транзистор 8 0 источник 7. При этом через тиристор 3 со включенным током управления тох 1ь протекать не будет, так как этот тиристор оказывается смещенным ЭДС Ес через тиристор 13 в непроводящем направлении. При раз5 ряде конденсатора до 0 тиристор 3 включается в цепь суммарного тока, а тиристор 13 с отключенным ранее током управления из этой цепи выключается (если используемые вентиль 17 и тиристор 11-16 не обладают

0 достаточным быстродействием, параллельно вентилю 17 должен быть включен конденсатор с токоограничивающим резистором, воспринимающий последовательно с конденсаторами 9, 10 энергию са5 моиндукции в период времени от отключения транзистора 8 до истечения времени задержки включения вентиля 17 и тиристоров 11-16. Это время может иметь порядок десяти мкС). Эти дополнительные

0 конденсатор с резистором показаны пунктиром на фиг, 1.

Сформулируем теперь алгоритм управления для каждой 1 /6 части периода выходной частоты, на протяжении которой

5 направления токов остаются неизменными. Токи управления соответствующих тиристоров 1-6 первого моста оставляют постоянно включенными; а токи управления соответствующих тиристоров 11-16 второго моста

0 включают только несколько ранее отключения источника 7 и лишь на время до появления в них тока. Изменение направления тока какой-либо из фаз начинают перед очередным отключением транзистора 8 с от5 ключения тока управления тиристора первого моста, относящегося к переключаемой фазе и с включения тока управления двух тиристоров второго моста, относящихся к фазе с неизменяемым в данный отрезок времени направлением тока, после чего отключают транзистор 8. После истечения времени заряда конденсатора и времени восстановления запирающих свойств отключенного тиристора первого моста вклю- чают ток управления противофазного ему тиристора и транзистор 8, замыкающий цепь источника 7.

Определение алгоритма управления ти- ристорами 11-16 второго моста в каждую указанную 1/6 часть периода выходной ча- стоты при формировании синусоидальных токов двух фаз одинакового направления, а значит и синусоидального суммарного тока третьей фазы основывается для каждой из этих двух фаз на чередовании быстрого спа- да тока при введении в цепь тока самоиндукции одного из конденсаторов 9, 10 и медленного спада при введении в эту цепь обратного вентиля 17. Такое формирование возможно, поскольку при каждом отключе- нии транзистора 8 выбор режима спада тока для одной из этих двух фаз может быть произведен независимо от другой фазы.

Обратимся теперь к сопоставлению предложенного электропривода с электро- приводом-прототипом (фиг.2). Электропривод по фиг. 1 обладает перед электроприводом-прототипом следующими преимуществами: а) меньшая стоимость. Силовой транзистор для работы в цепях вы- прямленного сетевого напряжения (например, 540 В), значительно дороже тиристора на ту же проходную мощность. В электроприводе-прототипе номинальное напряжение конденсатора должно быть выбрано приблизительно на величину сетевого напряжения большим номинального напряжения, каждого из конденсаторов 9,, 10. В электроприводе-прототипе шесть быстродействующих обратных вентилей, в предло- женном - один. В случае использования небыстродействующих вентилей каждый из этих шести вентилей должен быть шунтирован своей цепочкой конденсатор-резистор. Поэтому суммарная стоимость

элементов схемы по фиг.1 будет ниже, чем по фиг.2.

б) более простой алгоритм управления. В электроприводе-прототипе (фиг,2) сложны операции по введению в цепь тока самоиндукции конденсатора 20. Пусть конденсатор, например, надо ввести в цепь фазы А. Для этого необходимо отключить транзистор 19, чем вывести из цепи тока фазы А тиристор 1. При этом ток замкнется по цепи: фаза А - фаза С - тиристор 6 - транзистор 8 - вентиль 22 - фаза А. После восстановления запирающих свойств тиристора необходимо снова включить транзистор 19, чтобы при последующей операции не прерывать ь. и лишь затем отключить транзистор 8, вводя в цепь тока Is конденсатор по цепи; фаза А - фаза С - вентиль 25 - конденсатор 20 - вентиль 22 - фаза А. Таким образом, необходимо лишнее по сравнению с фиг.1 отключение транзистора 19, длительность которого равна времени восста- новления запирающих свойств тиристора 1.

в) большая надежность. Это вытекает из пп.а), б).

Формула изобретения Частотно-регулируемый электропривод, содержащий источник постоянного тока, соединенный через полупроводниковый ключ с соответствующими по полярности входными выводами первого тиристорного моста, выходные выводы которого соединены пофазно с выходными выводами второго вентильного моста и с выводами обмотки двигателя, отличающийся тем, что, с целью снижения стоимости, габаритов и повышения надежности, в качестве вентилей второго моста использованы тиристоры, входные выводы первого тиристорного моста соединены конденсаторами с одноименными входными выводами, положительным и отрицательным, второго моста, между которыми включен введенный обратный вентиль.

,

2м

II4Ш1 11

//

ZS ffi

/

/

о

fS

Использование: в электроприводах, частота вращения которых регулируется посредством инвертора. Сущность: уст-во содержит инвертор, питающийся через полностью управляемый ключ - транзистор от источника постоянного тока. Средством, обеспечивающим при отключении инвертора от источника введение в цепь токов само- .индукции либо обратндго вентиля, либо конденсатора, являются тиристоры второго дополнительного моста. 2 ил.

/

.

ф 2

f 1-:т/жУч; у

М /т

2

& А 2

L ЗГ

/S

/7

J