СТАТИЧЕСКИЙ НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬЧАСТОТЫ Советский патент 1969 года по МПК H02M5/27 

Известный статический неиосредственный преобразователь частоты, содержащий на каждую фазу нагрузки блок коммутации с конденсатором и с соединенными всгречно-параллельно вентилями, не обеспечивает получения широкого диапазона частот выходного напряжения и не устраняет зависимости формы выходного напряжения от нагрузки.

Основными отличительными особенностями данного преобразователя является то, что, с целью расширения диапазона частот выходного напряжения и устранения зависимости формы выходного напряжения от нагрузки, блок коммутации подсоединен параллельно нагрузке и снабжен дросселем, включенным последовательно между указанным конденсатором и вентилями.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема преобразователя, подключенного к однофазной нагрузке, и эпюры токов и напряжений при работе этого преобразователя; на фиг. 2 - принципиальная схема преобразователя, подключепного к трехфазной нагрузке, и эпюры токов и напряжений при его работе.

Преобразователь частоты содержит блок коммутации 1 с конденсатором 2 и с соединенными встречно-параллельно вентилями 3 и 4. Блок / подсоединен лараллельно нагрузке 5 и снабжен дросселем 6,

Схема преобразователя частоты инвертора напряжения (без звена постоянного тока) содержит два трехфазных моста, собранных на управляемых вентилях 7-18 таким образом, что эти вентили оказываются включенными встречно-параллельно. Коммутация вентилей по высокой частоте обеспечивается га счет независимого узла коммутации.

Допустим, что в момент Vi отпираются вентили 7, 10 и 13, при этом к нагрузке 5 прикладывается л.инейное напряжение питаюш,ей сети, а конденсатор 2 заряжается до двойного линейного иаиряжения. По окончании зарядной полуволны тока Гк вентиль 4 запирается,

а вентили 7 и 10 продолжают пропускать ток нагрузки 5. Для запирания этих вентилей после формирования положительной полуволны напряжения Uj, , в момент V, отпираются вентили 13, 16 и 3, и конденсатор 2, заряженный до двойного линейного напряжения, разряжается на питаюшую сеть. При этом ранее работавшие вентили 7 и 10 попадают под обратное напрялчение и должны восстановить свою управляемость. После спадания до нуля тока (п (фиг. 1) отпираются веитили 14, 15 и 3, при этом к нагрузке 5 опять нрикладывается линейное напряжение питающей сети (но обратной полярности), а конденсатор 2 вновь зарял ается до напряжения, близкого к двойЕсли нагрузка 5 имеет иилуктивный характер, то к момеиту окончания зарядной полуволны тока /к ток этой нагрузки может енде не усиеть изменять свой знак. Б этом случае в момент спадаиия тока /п до нуля отнираются встречно-включенные вентили S и 9, ироиускающие реактивный ток нагрузки 5, а после спада ия его до нуля вновь отнираются веитнли 14 и /5. В дальнейшем процесс иовторяется с той лишь разницей, что в каждый момент времени работают вентили, находящиеся под максимальными фазными потенциалами. Таким образом, благодаря наличию независимого блока 1, отделенного от основных вентилей 7-18 вспомогательными вентилями 3, 4, коммутация основных вен1илей 7- 18 обеспечивается за счет имиульсов коммутационного тока /к , длительность которого много меньше полупериода выходной частоты, вследствие .чего среднее значение анодного тока основных вентилей 7-18 определяется в основном током нагрузки 5. Обратное напряжение «а основных вентилях определяется лииейным напряжением питающей сети (как в обычном выпрямителе), потому что повышеиное напряжение иа коиденсаторе 2 восиринимается вспомогательными вентилями 5 и 4.

Установленная мощность вспомогательных вентилей невелика, так как они могут быть выбраны на ток, намного меньший тока нагрузки.

Работает нреобразователь (фиг. 2) следующим образом.

Предноложим иаличие нулевого провода 19 между нагрузкой 20-22 и питающей сетью. В этом случае каждая фаза нагрузки 20 -22 будет работать независимо одиа о г другой. Таким образом, можно рассмотреть работу схемы на примере одной фазы. Допустим, что в момент времеии t при наиболее положительной фазе А питающей сети включили вентиль 23. В 20-22 будет нарастать ток. Коммутирующая емкость 24 уже заряжена (как будет видно из дальнейшего) до напряжения, равного двойной величине значения фазного напряжения сети (в момент заряда).

Для запирания вентиля 23 в моменг /2 отпирается вентиль 25 узла коммутации 26. Емкость 24, заряженная в полярности, указаиной на фиг. 2, через вентиль 25 разряжается навстречу току, текущему через вентиль 23 и нрп достижеиии током разряда емкости тока вентиля 23 последний запирается. Дальнейшее протекание колебательной полуволны разрядного тока емкости 24 обеспечивается за счет включепия вентиля 27, встречно-параллельного выключившемуся вентилю 23, что сохраняет неизменным цепь разряда емкости. Ход изменения напряжения на емкости 24 и тока этой емкости для момента коммутации представлены справа на фиг. 2, г и 2, д. Время, отводимое иа восстановление управляющих свойств проводившего вентиля 23, будет равно времени протекания полуволны тока разряда через вентиль 27.

Прн спадании нолуволны тока в эгом вентиле емкость 24 разрядится до напряжения, близкого к иулевому. Для ее подготовки (заряда) к следующей коммутации в этот мо5 меит (/2) отпирается вентиль анодной группы, связанный в этот момент с наиболее отрицательной фазой питающей сети, т. е. вентиль 28. Емкость 24 заряжается в колебательном режиме до напряжения, близкого к двойному напряжению фазы С в этот момент. После спадания зарядной полуволны тока в вентиле 28 необходимо открыть включенный встречно-параллельно ему вентиль 29, через который будет происходить спад тока нагрузки 20 и возврат в сеть энергии, накопленной в реактивных элементах нагрузки 20. Вентиль 25 при этом закроется, и емкость 24, заряженная В полярности, указанной внизу на фиг. 2, будет готова к следующей коммута0 ции.

Между моментом спадания тока нагрузки 20 до нуля (момент /з) и моментом начала пропуска тока нагрузки 20 в обратном направлении (момент /4) может быть сделана

5 пауза, позволяющая регулировать величину выходного напряжения широтно-и.мпульсным и методами.

Процессы, происходящие при протекании тока нагрузки 20 в отрицательном направле0 ПИИ (, аналогичны выше рассмотренным. В момент /5 коммутации вентиля анодной группы емкость 24 перезаряжается в полярность, с которой было начато рассмотрение, т. е. в момент t-, может быть начато формирование следующего периода выходного напряжения.

Наличие отдельного узла коммутации 26 на каладую фазу нагрузки делает коммутацию независимой по фазам, что позволяет включать нагрузку в любую схему соединения (звезда, треугольник). Для улучшения формы выходного напряжения такого преобразователя, предназначенного для частотного регулирования скорости машин переменного тока,

5 напряжение может формироваться методом синусоидальной широтно-импульсной модуляции (фиг. 3). По своим свойствам преобразователь является инвертором напряжения без явного звена постоянного тока.

Таким образом, данный преобразователь позволяет получать напряжение от нулевой частоты до верхней частоты, определяемой только свойствами используемых вентилей и

5 независящей от величины и характера нагрузки, т. е. эта схема позволяет практически полностью реализовать частотные свойства тиристоров. Колебательный режим работы узла коммутации обеспечивает ее автономность от

нагрузки и неизменность формы выходного напряжения во всех режимах. Величины прямых и обратных напряжений на вентилях схемы не превышают линейного напряжения питающей сети. Узел коммутации не содержит

двух вспомогательных вентилей, емкости и индуктивности.

|Предмет изобретения

Статический непосредственный преобразователь частоты, содержащий на каждую фазу нагрузки блок коммутации с конденсатором и с соединенными встречно-иараллельно вентилями, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона частот выходного напряжения ц устранения зависимости формы выходного напряжения от нагрузки, блок коммутации подсоединен параллельно нагрузке и снабжен дросселем, включенным последовательно между указанным конденсатором и вентилями.

f Al

U,

2QW30

25

.UH

ГПШ

25 25

y//.tfl