СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ Советский патент 1968 года по МПК H02M5/27 

Известен статический преобразователь частоты с непосредственной связью, содержащий трехфазные анодную и катодную группы силовых вентилей на каждую фазу нагрузки и узел коммутации с диодами, коммутирующими вентилями и конденсатором. Такой преобразователь не позволяет получить широкий диапазон выходных частот; выходное напряжение нельзя стабилизировать и регулировать широтно-импульсным способом.

Основными отличительными особенностями предлагаемого преобразователя является то, что, с целью увеличения диапазона выходных частот, стабилизации выходного напряжения и возможности его регулирования широтноимпульсным способом, «аждая фаза анодной группы соединена с соответствующей фазой катодной группы через дроссель, средняя точка которого подключена к сети, одна из обкладок конденсатора узла коммутации подключена непосредственно к нагрузке, а другая - к коммутирующим вентилям.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема преобразователя, в котором каждая группа вентилей одной фазы нагрузки имеет узел коммутации; на фиг. 2 - эпюры токов и напряжений преобразователя; на фиг. 3 - принципиальная схема преобразователя с двумя узлами коммутации - для анодных и

катодных групп отдельно; на фиг. 4 - принципиальная схема преобразователя по мостовой схеме для однофазной нагрузки.

Преобразователь частоты (фиг. 1) содержит три блока силовых вентилей 1, 2, 3 по числу фаз и нагрузки 4, 5, 6. Каждый блок имеет катодную 7 и анодную группу 8 силовых вентилей, а также узел коммутации с диодами 9, 10, 11, 12, 13, 14, коммутирующими вентилями

15, 16 и конденсатором 17.

Пусть В момент времени ti (фиг. 2, а) фаза Л наиболее положительная, а фаза В наиболее отрицательная. Положительное напряжение на нагрузке 4 (фиг. 2, б) обеспечивается

открытием в момент ti вентиля 18 в катодной группе 7 (ток в активно-индуктивной нагрузке 4 показан на фиг. 2, е). Одновременно с подачей импульсов управления на основной вентиль 18 подается импульс и на вентиль 15

узла коммутации для обеспечения заряда емкости 17 по цепи фаза А - вентиль 18 - емкость Г/ - вентиль 16 - фаза В. Для ограничения тока заряда (придания заряду колебательного характера) служат коммутирующие индуктивности 19, 20, 21. После заряда емкости вентиль 15 закроется.

он гаснет. Для создания контура коммутации, независимого от нагрузки, одновременно с открыванием вентиля 15 подается импульс управления и на вентиль 22, который, отпираясь, создает следующий контур коммутации: емкость 17 - вентиль 22 - индуктивность 21 - диод 9 - емкость 17. При этом емкость 17 перезаряжается током колебательного контура, образованного из дросселя 21 и емкости

17,на который накладывается еще и ток нагрузки. Собственная частота этого контура выбирается такой, чтобы за время разряда емкости до нулевого Напряжения вентиль 18 успел восстановить свои запирающие свойства, так как, начиная с этого момента, на нем появляется прямое напряжение. Форма напряжения на емкости 17 показана на фиг. 2, г, а ток колебательного контура (через вентиль 22 - на фиг. 2, (Э. Если-максимум тока колебательного контура больше тока нагрузки 4, то время, предоставляемое на восстановление управляющих свойств основного вентиля

18,будет равно четверти периода собственных колебаний контура коммутации.

После перезаряда емкости до напряжения противоположной полярности, по величине равного напряжению фазы А, цепь из диода 9, вентиля 15 и емкости 17 не сможет больше обеспечивать прелсний ток нагрузки. С этого момента ток нагрузки 4 должен взять на себя вентиль обратного тока. Функцию этого вентиля в данный момент может выполнить основной вентиль 23 катодной группы 7, соединенный с наиболее отрицательной фазой питающего напряжения. Практически широкий импульс отпирания на него надо подать одновременно с началом коммутации, тогда с момента, когда его катод станет более отрицательным, чем анод, он откроется и обеспечит спадание тока нагрузки до нуля. При этом на нагрузке 4 будет отрицательное напряжение, равное напряжению на фазе В, значит энергия, запасенная в индуктивности нагрузки, возвратится в источник. После прекращения тока в нагрузке (момент з) вентиль 23 запирается и на нагрузке 4 получается нулеБое напряжение.

Очевидно, что между моментом окончания (з; фиг. 2, б) положительной полуволны тока и началом формирования (4) отрицательной полуволны может быть , сделана пауза (44 т 0)- Это дает возмоншость для регулирования величины выходного напряжения (тока) путем изменения соотношения между длительностью времени наличия и отсутствия напряжения на нагрузке при неизменном периоде. Такой щиротно-пмпульсный метод обеспечивает независимость регулирования величины выходного напряжения (первой гармоники) и частоты.

Для формирования отрицательной полуволны тока в нагрузке в момент 4 включается вентиль анодной группы, связанный с наиболее отрицательной фазой питающего напряжения - в данном случае вентиль 24.

Для гащения вентиля 24 в момент времени 4 (44 ) подается импулье управления на вентиль 16 и одновременно для образования контура коммутации - на вентиль 25.

Процесс коммутации в этом случае протекает аналогично рассмотренной выше коммутации вентнля катодной группы. С момента времени t начинается новый период выходного напряжения, и все циклы работы схемы повторяются. Емкость 17 оказывается уже заряженной в нужной полярности для следующей коммутации в катодной группе 7.

Эпюры напряжений и токов схемы преобразователя, приведенные на фиг. 2, а - 2, (3, 5 соответствуют работе преобразователя в режиме с частотой выходного напряжения, большей частоты напряжения питающей сети. Для случая работы в режиме понижения частоты эпюры напряжений представлены на фиг. 2, е-2,3. Принципиальных отличий в функционировании схемы в этом режиме нет, только схема управления должна обеспечивать выдачу импульсов управления в моменты, соответствующие точкам естественного зажигания, на вентили вступающих в работу фаз питающего напряжения для осуществления естественной коммутации вентилей внутри групп 7, 8.

Таким образом, предлагаемый преобразователь обеспечивает получение на выходе напрял ения с раздельной регулировкой его величины и частоты при непосредственном питании от трехфазной сети 50 гц. Выходная частота может быть установлена от нулевой до нескольких сотен герц (верхняя частота определяется временными характеристиками примененных вентилей).

Преобразователь с трехфазной системой выходного напряжения получается путем управления однофазными преобразователями с временным сдвигом в /з периода выходной частоты. При этом в зависимости от наличия или отсутствия соединения нулевой точки нагрузки 4, 5, 6 с нулевой точкой питающей сети имеется некоторое различие в работе схемы.

Для улучшения формы кривой преобразованного напряжения полуцериод выходной частоты можно набирать из ряда однополярных импульсов напряжения. Для этого сначала несколько раз отпираются и запираются вентили катодной группы 7, а затем аналогично анодной группы 8 (а не чередование их работы после каждого такта, как было рассмотрено выше). При таком способе управления схема трех|фазного преобразователя может быть упрощена за счет использования одного общего узла коммутации для одновременного гащения работающих вентилей во всех катодных группах 7 и второго узла коммутации для одновременного гашения всех работающих вентилей в анодных группах 8.

Схема такого преобразователя приведена на фиг. 3.

Здесь узел коммутации 26 предназначен для одновременного гашения работающих вентилей только в катодных грунпах 27, а узел коммутации - для одновременного гашения всех работающих вентилей в анодных грунпах 28 (29 - анодные группы, 30, 31, 35 - вентили, 32, 34 - емкости; 33 - диоды).

Улучшение энергетических показателей и формы преобразованного напряжения можно обеспечить применением мостовой схемы преобразователя (по отношению к питающей сети). Схема такого преобразователя для однофазного выхода показана на фиг. 4. Работает схема аналогично схеме, показанной на фиг. 1.

Во всех приведенных схемах вентили 37, 38, 39, 40 узлов коммутации имеют значительно меньшую установленную мощность, чем основные вентили мостов 36. Это связано с тем, что время протекания тока через них определяется величиной времени восстановления управляющих свойств у основных вентилей, которое особенно мало для тиристоров. По этой причине и индуктивность коммутирующих дросселей 41 будет малой.

Таким образом, предлагаемые преобразователи способны обеспечить получение напряжения с регулируемой частотой в щироком диапазоне (как выше, так и ниже частоты питающей сети) с независимой регулировкой величины этого напряжения щиротно-импульсной модуляцией. При этом промежуточное преобразование энергии отсутствует.

10

Предмет изобретения

Статический преобразователь частоты с непосредственной связью, содержащий трехфазные анодную и катодную группы силовых

вентилей на каждую фазу нагрузки и узел коммутации с диодами, коммутирующими вентилями и конденсатором, отличающийся тем, что, с целью увеличения диапазона выходных частот, стабилизации выходного напряжения

и возможности его регулирования щиротноимпульсным способом, каждая фаза анодной группы соединена с соответствующей фазой катодной группы через дроссель, средняя точка которого подключена к сети, одна из

обкладок конденсатора узла коммутации подключена непосредственно к нагрузке, а другая - к коммутирующим вентилям.

45М

А.

Пкиоо/о - „ „ ногоУетмя . Тот т Ais i,f „сфатного -. V |л / ГГ ,. VE /ГТЕ / i SeHmu-d - I/ ;Ч /- 7. 4Я

Thifti ,лзг йтп л П| ГПW

viv