УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ Советский патент 1968 года по МПК H02M5/00 

Известно использование двух инверторов, включенных последовательно на стороне переменного тока со стабилизацией выходного напряжения путем регулирования сдвига фаз между напряжениями обоих преобразователей, замена инверторов на известные преобразователи с неявно выраженным звеном постоянного тока не изменяет существа схемы.

Предлагается устройство, в котором, с целью повышения стабильности и упрощения устройства к электродам управления вентилей в генераторе импульсов через отделяющие диоды подключен дроссель насыщения, зашунтированный двумя стабилитронами, и в узле для формирования пакетов импульсов к обмотке исключения импульсов каждого дросселя насыщения через выпрямитель подсоединен диод в направлении, противоположном полярности выпрямленного напряжения.

На чертеже изображена схема описываемого устройства.

Преобразователь представляет собой совмещенный выпрямитель-инвертор. Две трехфазных мостовых схемы, состоящих из управляемых кремниевых вентилей 1-6 и 7-12, соединены на стороне переменного тока параллельно. На стороне постоянного тока зажимы схем присоединены к выводам схемных обмоток высокочастотных трансформаторов 13 и 14. Параллельно схемным обмоткам включены коммутирующие конденсаторы 15 и 16. Средние точки указанных обмоток замкнуты на сглаживающий реактор 17.

Управление вентилями осуществляется пакетами импульсов. Частота следования импульсов равна выходной рабочей частоте преобразователя, а частота следования пакетов- частоте питающей сети.

Начало подачи пакета импульсов определяет вступление очередного вентиля в работу, т.е. угол регулирования вентилей мостовой схемы по отношению к питающей сети. Соответственно можно изменять величину выходного напряжения по отношению к питающему напряжению. Пакеты импульсов подаются одновременно на все работающие в данном такте вентили, например, на 1, 2, 7, 8. Длительность пакета должна быть равна длительности работы вентиля с учетом времени коммутации.

Импульсы рабочей частоты подаются на параллельно работающие вентили в противофазе. Таким образом, в каждом такте вентили, например 1 и 7 работают поочередно. Коммутация тока с вентиля 1 на вентиль 7 и обратно обеспечивается конденсатором 15.

В следующем такте в анодной группе будут коммутировать вентили 3 и 9. В переходный период коммутации питающего тока работают четыре вентиля. Аналогично протекает работа вентилей катодной группы.

Сетевые обмотки трансформаторов 13 и 14 соединены последовательно. Сдвигая по фазе напряжения рабочей частоты, генерируемые верхней и нижней группой вентилей, можно регулировать величину напряжения на выходе преобразователя. Это позволяет стабилизировать величину выходного напряжения независимо от пульсаций выпрямленного напряжения промежуточного звена. Поэтому реактор 17 может быть выбран на меньшую величину коэффициента сглаживания, чем требуемая стабильность выходного напряжения.

Контур из емкости 18 и реактора 19 улучшает формы кривой напряжения на выходе преобразователя.

Величины емкости и индуктивности выбраны, исходя из резонанса напряжений на рабочей частоте преобразователя.

Одновременно этот контур служит для защиты от перегрузок и коротких замыканий на выходе. При перегрузке сердечник реактора 19 насыщается, контур выходит из резонанса и ток ограничивается.

Конденсатор 20 компенсирует реактивную мощность потребляющей сети.

Генератор импульсов рабочей частоты питается от выпрямительного устройства, состоящего из трансформатора 21, вентилей 22-27, фильтра из индуктивности 28 и конденсатора 29. Генератор состоит из двух управляемых полупроводниковых вентилей 30 и 31, цепи управления которых питаются через насыщающийся реактор-дроссель насыщения 32. При включении схемы, с сопротивления 33 через конденсатор 34, вентиль-переключатель 35 и вентиль 36 подается отпирающий импульс на электрод управления вентиля 30. После отпирания вентиля 30 коммутирующий конденсатор 37 заряжается с полярностью «плюс» внизу, «минус» сверху и начинает проходить ток по сопротивлению 38, на которое ложится почти все напряжение выпрямительного устройства. Через вентиль 39 и сопротивление 40 прикладывается напряжение к обмотке дросселя насыщения 32. Пока сердечник дросселя не насыщен, падение напряжения на сопротивлении 40 мало и недостаточно для отпирания вентиля 31. Но когда сердечник дросселя 32 достигнет насыщения, почти все напряжение цепи ляжет на сопротивление 40. Тогда через диод 41 откроется вентиль 31. Благодаря действию коммутирующего конденсатора вентиль 30 закроется, и под током останется вентиль 31. Описанный выше процесс перемагничивания дросселя 32 и отпирания вентиля повторится по отношению к вентилю 30. Частота циклов перехода будет определяться напряжением на обмотке дросселя 32 и потокосцеплением дросселя 32. Для стабилизации напряжения на обмотке дросселя 32 включены стабилитроны 42 и 43.

При каждом цикле перезарядка коммутирующего конденсатора 37 проходит импульс тока через обмотки трансформаторов управления 44, 45, 46. Со вторых обмоток этих трансформаторов через диоды 47, 48, 49, 50, 51 и 52 подаются отпирающие импульсы на электроды управления вентилей 1, 3, 5, 7, 9, 11 катодных групп.

Напряжение с сопротивлений 38 и 53 подается через реакторы с насыщающимся сердечником 54 и 55 на цепи управления вентилей 56 и 57. Сопротивления 58 и 59 выбираются таким образом, чтобы отпирание вентилей 56 или 57 происходило только после насыщения сердечников реакторов 54 или 55. Таким образом, перезаряд емкости 60, создающей импульсы управления на трансформаторах 61, 62 и 68 для главных управляемых вентилей 4, 6, 2, 10, 12, 8, происходит с некоторым запаздыванием относительно системы управления нечетных вентилей.

Величина этого запаздывания определяется магнитным состоянием сердечников реакторов 54 и 55 и становится больше с увеличением тока размагничивающей обмотки, которая питается от выпрямителя из вентилей 64, 65, 66 и 67 через сопротивление 68 от обмотки высокочастотного трансформатора 14. Следовательно, сдвиг фаз импульсов управления будет возрастать с ростом напряжения на выходе инвертора.

Сопротивление 69, ток которого обтекает обмотки подмагничивания реактора 54 и 55, служит для установки минимального запаздывания при нижнем пороге напряжения на выходе инвертора.

Для формирования пакетов импульсов высокой частоты в цепях управления вентилей силовой схемы предусмотрено устройство исключения импульсов. Это устройство состоит из трансформатора 70, вторичная обмотка которого соединена по схеме шестифазная звезда с нулем и шестифазной выпрямительной схемы.

Плечо выпрямительной схемы включает в себя вентили 71-76 и сопротивления 77-82.

Общая точка выпрямительной схемы через сопротивление 83 и вентили 84-89 замыкается на нулевую точку трансформатора 70.

На сердечниках трансформаторов управления имеются обмотки исключения импульсов, которые с диодами 90 и 91, 92 и 93 и т.д. до 100 и 101 собраны в двухполупериодные выпрямительные схемы. Катоды диодов соединены с катодами вентилей 71-76, средние точки обмоток соединены с анодами.

Когда соответствующий, вентиль 71-76 схемы исключения не работает, на аноде его будет отрицательное напряжение, которое блокирует работу диодов, например, 90 и 91. При этом обмотка исключения не оказывает никакого влияния на работу трансформатора управления, и управляющие импульсы беспрепятственно достигают электродов управления главных вентилей. Однако когда вентиль, например, 71 вступает в работу, если ток схемы исключения больше тока импульса, обмотки исключения импульса трансформаторов управления оказываются замкнутыми накоротко через диоды 90 и 91 и вентиль 71. В этом случае напряжение на обмотках трансформатора управления будет близким к нулю « импульсы управления исключаются.

Конец работы вентиля схемы исключения означает начало подачи пакета отпирающих импульсов на главный вентиль. Изменяя длительность работы вентиля схемы исключения, можно изменять угол регулирования главных вентилей. Настройка начального угла производится сопротивлениями 77-82 и 83.

Когда нагрузка схемы превышает установленный предел, ток вторичных обмоток трансформаторов тока 102, выпрямляемый вентилями 84-89, начинает увеличивать общий ток схемы исключения импульсов. Длительность работы вентилей 71-76 увеличивается и соответственно увеличивается угол регулирования главных вентилей, чем задерживается увеличение тока.

Система стабилизации напряжения на выходе инвертора включает трансформатор 103 и кремниевый переключающий вентиль 104.

Преобразователь настроен так, что при наименьшем напряжении питающей сети и номинальной нагрузке получается напряжение на выходе несколько большее номинального. Вентиль-переключатель 104 отпирается при напряжении, отвечающем номинальному. При отпирании вентиль-переключатель шунтирует сопротивление 83 и увеличивает ток в цепи вентилей исключения импульсов. Следовательно, угол регулирования главных вентилей будет резко увеличиваться с увеличением тока и длительности отпирания переключающего вентиля при увеличении напряжения на выходе инвертора выше номинального.

Вентиль-переключатель запирается в конце каждого периода работы, так как к его аноду приложено переменное напряжение. Конденсатор 105 сглаживает импульсы тока. Настройка системы осуществляется переключением отпаек трансформатора 103.

Устройство для управления преобразователем частоты с неявно выраженным звеном постоянного тока, содержащее генератор импульсов повышенной частоты на управляемых полупроводниковых вентилях, выполненный по схеме параллельного инвертора, и узел для формирования пакетов импульсов с частотой питающей сети, выполненный на дросселях насыщения с обмотками исключения импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения стабильности и упрощения устройства, к электродам управления вентилей в генераторе импульсов через отделяющие диоды подключен дроссель насыщения, зашунтированный двумя стабилитронами, и в узле для формирования пакетов импульсов к обмотке исключения импульсов каждого дросселя насыщения через выпрямитель подсоединен диод в направлении, противоположном полярности выпрямленного напряжения.