СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ Советский патент 1969 года по МПК H02M5/27 

Известный статический преобразовйтеЛь чаЬтоты, .содержащий выпрямитель, автономный инвертор и группу обратных вентилей имеет невысокий к. п. д. и не обеспечивает надежной работы в режи.ме рекуперации.

ЦеЛь изобретений-повышение к. п. д. и Обеспечение надежной работы в режиме реку41ера.ций.

Основной отличительной особенностью предлагаемого преобразователя является то, что Ьн снабжен дополнительным, ведомым сетью инвертором, питающимся от группы обратных Ьентилей и подключенньгм ко входу выпрямиteлй.

На фиг. 1 представлена принципиальная схеiwa Преобразователя с принудительной коммутацией; на фиг. 2-диаграмма подачи управляющих импульсов на вентили автономного инвертора по схеме на фиг. 1; на фиг. 3 - йривципиальная схема преобразователя с емкостной коммутацией и с входными трансформаторами; на фиг. 4 - принципиальная схема Преобразователя с емкостной коммутацией без входных трансформаторов; на фиг. 5 показаны эпюры токов и напряжений преобразователей по схемам на фиг. 3 и 4.

Преобразователь питается от источника переменного напряжения постоянной частоты через управляемый выпрямитель 1, собранный По известной мостовой схеме и состоящий из

управляемых вентилей . Постоянно регулируемое по величине напряжение с выхода управляемого выпрямителя / подается на фильтр постоянного напряжения из конденсатора 6 и дросселя 7 и далее на вход автономного тиристорного инвертора 8. Для фильтрации постоянного напряжения, подаваемого на вход автономного инвертора 8, принципиально можно использовать и более сложные LCфильтры. Вентили 9-14 автономного инвертора 8 служат ДоТЯ последовательного переключения постоянного напряжения с выхода управляемого выпрямителя / к выходным зажимам преобразователя частоты, к которым

и подключается нагрузка преобразователя. При последовательной подаче управляющих сигналов на вентили автономного инвертора на зажимах нагрузки преобразователя образуется трехфазное напрял ение с частотой первой

гармонической, равной w.

Гашение вентилей 9-14 обеспечивается энергией, запасаемой в коммутирующих .конденсаторах 15. При гашении этих вентилей напряжение коммутирующих конденсаторов 15

прикладывается к основным вентилям 9-14 в их непроводящем направлении с помощью вспомогательных управляемых вентилей 16- 21. Общая анодная точка вентилей 16, 18, 20 подключена к «-р левого по схеме источни17 подключена к «- правого по схеме источника 23.

Между нагрузкой преобразователя и ведомым инвертором 24 включены по схеме трехфазного моста обратные неуправляемые вентили автономного инвертора 25-30, обеспечивающие передачу реактивных токов нагрузки в ведомый инвертор 24. Эти же вентили при работе нагруЗКИ в генераторном (режиме обеспечивают передачу энергии из нагрузки в ведомый инвертор 24.

Ведомый инвертор 24 состоит из управляемых вентилей 31-34, включенных по схеме трехфазного моета. К зажимам постоянного тока ведомого инвертора 24 подключен фильтр постоянного напряжения, -состоящий из конденсатора 35 и дросселя 36. (Для фильтрации постоянного напряжения, подаваемого на вход ведомого инвертора 24, принципиально можно использовать и более сложные LC-фильтры). Общая анодная точка анодной группы вентилей ведомого инвертора 24 подключается к общей точке катодной труппы 37 вентилей обратного тока, общая катодная точка . .катодной группы вентилей ведомого инвертора 24- к общей анодной точке анодной группы 38 вентилей Обратного тока. Зажимы переменного тока ведомого инвертора 24 соединены -с питающим преобразователь источником переменного напряжения -постоянной частоты.

В качестве источников постоянного :коммутирующего напряжения 22, 23 могут быть использованы управляемые или неуправляемые выпрямители, питаемые через трансформатор от источии-ка переменного напряжения постоянной частоты.

На управляемые электроды вентилей 2-5 подается набор коротких импульсов с частотой повторения, равной частоте питающего напряжения. Импульсы на вентили 2 и подаются одновременно, импульсы на вентили 4 и 5- со сдвигом по фазе 180° относительно импульсов на вентили 2 и 3. При изменении фазового сдвига серии управляющих импульсов выпрямителя 1 относительно -питающего выпрямитель напряжения будет изменяться среднее значение напряжения на выходе выпрямителя, что даст возможность регулировать величину вьшрямленного напряжения. LC-фильтр на выходе выпрямителя уменьшает пульсации выпрямленного напряжения.

Постоянное напряжение Udi с выхода выпря-мителя поступает на вход автономного инвертора 8.

При подаче управляющих импульсов на вентили 5-14 -в соответствии с диаграммами а, в, д, ж, 3, и, к на .фиг. 2 и при условии гашения этих вентилей в момент прекращения подачи на них управляющих имлульсов на выходе инвертора образуется трехфазное переменное напряжение, первая гармоническая которого сбудет иметь угловую частоту ш.

ки ,5.

Начнем рассмотрение с момента диаграммы на фиг. 2. Пусть непосредственно -перед этим моменто-м все вентили 25-30 находились в непроводящем состоянии. До этого момента нижний по схеме конденсатор 15 был заряжен до некоторого напряжения с полярностью, указанной на фиг. 1. До момента

(0 - были включены вентили 9, 13, 14.

3

в момент ш - подается управляющий сигнал на вентиль 20, и он включается. Тогда напряжение нижнего конденсатора 15 будет приложено к вентилю 13 в его непроводящем направлении, и этот вентиль погаснет. Нижний но схеме конденсатор 15 перезаряжается током нагрузки преобразователя до тех пор, пока потенциал зажима /// нагрузки преобразователя не станет равным потенциалу зажима «-(- моста обратного тока автономного инвертора 8, а потенциал зажима / нагрузки преобразователя равным потенциалу зажима «- моста обратного тока автономного инверTOipa 8.

После этого включаются вентили 25 и 26 и происходит нередача реактивного тока из нагрузки преобразователя в ведомый инвертор 24.

После изменения направления тока в фазе /// нагрузки преобразователя включится вентиль 10 автономного инвертора 8, сигнал на который был подан с некоторой задерж-кой Y по отношению к моменту- 0) -. Задержка Y в подаче управляющих сигналов на вентили 9-14 необходима для предотвращения KOipOTKoro замыкания выхода управляемого выпрямителя через вентили 10-13, 11-14 или 9-12, что может привести к срыву ,ко,ммутации автономного инвертора. Время задержки в -подаче управляющих сигналов на основные вентиля должно быть таки-м, чтобы за это время отключаемый основной вентиль успевал восстановить свои запирающие свойства. Для более надежного перезаряда коммутирующих конденсаторов и -подготовки их к следующей коммутации предлагается -на вспомогательные вентили 16-21 подавать сдвоенные импульсы управления с некоторым интервалом между первым и вторьгм импульсом. Этот интервал

удобно сделать равным - .

Дальнейшая работа автономного инвертора 8 при ,5 ясна из рассмотрения диаграмм на фиг. 2.

При коэффициенте мощности двигательной

нагрузки ,5 в момент (л на

существенно отличаться от его работы «а двигательную нагрузку С cos ,5.

В генераторном режиме работы нагрузки длительность включенного Состояния вентилей 25-30 увеличится еще больше по сравнению со случаем двигательной нагрузки с ,5. В этом варианте со стороны автономного инвертора 8 передается только мощность, необходимая для создания магнитного потока в нагрузочном двигателе преобразователя (если преобразователь нагружен на асинхронный двигатель); активная мощность нагрузки передается через Вентили 25--30 в ведомый инвертор 24.

Ведомый инвертор 24 в режиме двигательной -нагрузки обеспечивает возврат реактиеной энергии из лагрузки в питающую сеть переменного напряжения. В режиме генераторной нагрузки преобразователя .Ведомый инвертор 24 обеспечивает передачу активной энергии, вырабатываемой нагрузкой, в питающую сеть переменного .напряжения.

Для уменьшения пульсаций тока на входе ведомого инвертора 24 последний -подключается :К группам вентилей обратного тока 37 и 38 автаномного инвертора 5 через индуктивно-емкостный фильтр, состоящий из дросселя 36 и конденсатора 35.

На вентили 31-34 ведомого инвертора 24 подается набор коротких импульсов с частотой повторения, равной частоте питающего преобразователь напряжения. Р1мпульсы на вентили 31 и 32 подаются одновременно; импульсы на вентили 4 5 - со -сдвигом по фазе на 180° относительно импульсов на вентили 23. Фазовый сдвиг управляющих сигналов ведомого инвертора 24 подбирается таким, чтобы включение вентилей ведомого инвертора 24 происходило в тот момент, когда напряжение питающей сети переменного тока направлено встречно по отношению к проводящему направлению включающихся вентилей ведомого инвертора 24. В этом с„1учае ведомый инвертор 24 будет передавать энергию из нагрузки преобразователя в питающую сеть переменного -напряжения. Изменяя фазовый сдвиг серии управляющих импульсов ведомого инвертора 24 относительно напряжения питающей сети переменного тока, можно регулировать величину тока, потребляемого ведомым инвертором от группы обратных вентилей автономного инвертора 8 и, следовательно, регулировать величину напряжения t/d2 на зажимах ПОСТОЯННОГО тока группы обратных вентилей. Напряжение Ud-2. желательно поддер живать примерно равным напряжению Udi на входе автономного инвертора с тем, чтобы не допустить чрезмерного искажения формы кривой напряжения на нагрузке преобразователя. Вспомогательные источники постоянного коммутирующего напряжения 22 и 23 обеспечивают надежный запуск автономного инвертора 8 при наглухо -подключенной к его зажимам нагрузке. В случае отключаемой на время запуска автономного инвертора 8 нагрузки

этот инвертор достаточно хорошо запускается при отсутствии источников 22, 23, поэтому в этом случае нет необходимости в их у-станоВ ке, и общую анодную точку вспомогательных

вентилей м-ожно подключить непосредственно к общей анодной точке основных управляемых вентилей автономного инвертора 8, а общую катодную точку вспомогательных управляемых вентилей автоном-ного инвертора 8 -

к общей катодной точке основных упраВЛяемых вентилей этого же инвертора.

Выпрямитель 39 (см. фиг. 3) с Г-образным сглаживающим фильтром 40 предназначен для питания основной группы управляемых

вентилей оконечного инвертора 41. Группа неуправляемых вентилей обратного тока 42 через Г-образный сглаживающий фильтр 43 подключена к зависимому инвертору 44, выполняющему роль источника противо- э.д.с., обладающего обратной проводимостью.

На приведенных принципиальных схемах преобразователя частоты (см. фиг. 3 и 4) по-казано Применение оконечного инвертора с коммутирующим звеном из конденсаторов 45, отсекающих диодов 46 и коммутирующего дросселя 47. В данном выполнении -схемы преобразователя частоты принципиально могут быть использованы инверторы с другими коммутирующими звеньями - индивидуальными, общими на фазу, общими для анодной и катодной групп вентилей инвертора, общими для инвертора.

Входные трансфор.маторы 48, 49 принципиально могут быть объединены в один трехобмоточный трансформатор или один из них может отсутствовать, что не ведет к образованию потенциальной связи входов переменного тока выпрямителя 39 и обратного инвертора 44 и

не вызывает необходимости разделения индуктивностей 50, 47, 51. При питании звеньев преобразователя частоты 39 и 44 от общих знаков (слг. фиг. 4) индуктивности должны быть рассредоточены на индуктивности 52-57. расположенные в анодной и катодной группах вентилей дляобеспечения симметричной работы этих групп.

Нри регулировании выходной частоты преобразователя изменение выходного напряжения

в соответствии с законом частотного регулирования осуществляется одновременным согласованным изменением углов управления вентилями выпрямителя и обратного инвертора - а и р, Г-образные сглаживающие фильтры 40

и 43 не препятствуют колебаниям мгновенных значений постоянных токов вентильных групп 41 и 42. Такие пульсации токов гл и idi оказываются наиболее глубокими при индуктивной нагрузке оконечного инвертора 41, что иллюстрируется зависимостями id(t, (0. представленными на фиг. 5.

Данное выполнение схемы преобразователя частоты позволяет получить следующие положительные свойства, которыми не обладают

1)обеспечение режима рекуперативного торможения регулируемого привода и генераторного режима работы электрической машины при отсутствии переключений в силовой цепи преобразователя и в цепях управления;

2)отсутствие :ци1ркуляции уравнительных токов между управляемым выпрямителем и зависимым инвертором;

3)иреобразователь частоты обладает лучшим быстродействием при переводе нагрузки из одного режима в другой вследствие непрерывности работы вентильных групп и постоянства направления токов в индуктивностях оглаживающих фильтров;

4)промежуточные цепи постоянного тока в предлагаемом преобразователе более уравновешены, чем в других известных схемах, что позволяет уменьшить емкость сглаживающих фильтров;

5) при выполнении оконечного инвертора с наиболее простым .коммутирующим звеном из конденсаторов, малой индуктивности и отсекающих диодов в схеме инвертора не сбразуются послекоммутационные короткозамкнутые контуры, в которых в известных схемах циркулирует начальный ток индуктивности.

Предмет изобретения

Статический преобразователь частоты, содержащий выпрямитель, автономный инвертор и группу обратных вентилей, отличающийся тем, что, с целью увеличения к. п. д. и обеспечения надежной работы -в режиме рекуперации, он снабжен дополнительным, ведомым сетью инвертором, читающимся от группы обратных вентилей и подключенным ко входу указанного выпрямителя,

-jrjr/3

I I

II

La,