Преобразователь частоты Советский патент 1975 года по МПК H02M7/52 H02M5/42 

I

Известны преобразователи частоты, содержащие последовательно соединенные по цепи постоянного тока тиристорпый мост с коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока, реверсор тока нагрузки также в виде тиристорного моста и обратные тиристоры.

Предлагаемый преобразователь частоты нозволяет улучшить форму кривой тока в нагрузке. Это достигается тем, что катоды обратных тиристоров подключены к обкладкам коммутирующего конденсатора.

На фиг. 1 дана приппипиальпая схема описываемого преобразователя; на фиг. 2 - блок-схема системы управления преобразователем; на фиг. 3 и 4 - принципиальные схемы преобразователей, у которых источник пптания подключен при помощи управляемого моста; на фиг. 5 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

На входе преобразователя включен источпик питания, последовательно с которым подсоединены мост, образованный тиристорами 1-4 с кшаденсатором 5 в диагоцали, и ре. версор, вылолнеиный ,на тиристо-рах 6-9сактивно-индуктивной нагрузкой 10 в диагонали. Общая точка катодов тиристоров 7 и 9 реверсора при помощи тиристоров 11 и 12 подключена к диагонали моста, образованного Т|ИристОра1М« 1-4. В цепь, соединяющую общую точку катодов ти.ристоров 2 и 3 моста с общей анодов THipiicTopoB 6 т 8 реверСОра,ВКЛЮ чендатчи,к 13 тока. Параллельно тиpH.CTOipaM 11 .и 12 подсоединены .пороговые элементы 14 и 15 (в частности, это могут быть нуль-органы). Датчик 13 тока соединен со схемой 16 сравнення, на другой вход которой подается задающий сигнал регулируемой частоты Н амплитуды с генератора 17 опорного сигнала. Выходные снгналы схемы 16 сравнения и пороговых эле.ментов 14 и 15 поступают на логическое устройство 18, которое в зависимости от заданного режима работы преобразо1 ателя при помощи выходного устройства 19 включает тнристоры силовой схемЕ т.

Принцип работы устройства, изображенного на фнг. 1, заключается в слежении за задающим сигналом, формируемым генератором 17. В момент /1 (см. фиг. 5, о) включаются тиристоры 1, 2, 6 и 7 и конденсатор 5, заряженный до напряжения питания, иере;иь ряжается через нагрузку 10. В момент N конденсатор 5 перезаряжается до обратного напряжения. Панряжение, нриложенпое к тиристору 11, становится равным нулю, что фиксируется пороговым элементом 14. Тиристор 11 включается, а ток нагрузки начинает уменьшаться, замыкаясь по контуру: тиристоры 7, 11, 2 и 6 - нагрузка 10. Когда напряженис датчика 13 совпадет с напряжением задающего генератора (момент /з), Г ключаются тиристоры 3 и 4, конденсатор 5 вновь перезаряжается через нагрузку, а тиристоры 1, 2 и 11 восстанавливают управляющие свойства. В момент /4 конденсатор 5 перезаряжается до обратного напряжения, срабаты.вает пороговый элемент 15, включается тиристор 12, а ток нагрузки начинает спадать с постоянной времени, определяемой нагрузкой. В таком режиме преобразователь может работать в течение всего полупериода задающей синусоиды. В следующий полунериод, начинающийся в момент /„ :-i , аналогичные процессы протекают в цепях, замыкающихся через открытые тиристоры 8 и 9. При этом изменяется направление тока в нагрузке. Интервал времени /„ -tn-л предоставляется лДля восстановления управляющей способности тиристоров 6 и 7. Максимальную частоту тока нагрузки определяют по выражению, полученному в результате анализа электромагнитных нроцессов устройства, 0,12-у, где Г-постоянная времени нагрузки; Е - напряжение источника питания; С - емкость конденсатора 5; L - индуктивность нагрузки; R - активное сопротивление нагрузки. Для увеличения частоты выходного тока преобразователя может быть использована схема, представленная на фиг. 1, в следующем режиме работы на участке формирования спадающей части синусОИды. Допустим, что до момента / проводили тиристоры 3 и 12, а конденсатор 5 был заряжен до напряжения питания с полярностью, указанной на фиг. 1. В момент /1з включается тиристор 2, к тиристору 3 прикладывается обратное напряжение, а ток нагрузки заА ыкается но контуру: тиристоры 2 и 6 - нагрузка 10 - тиристоры 7 и 12 - .конденсатор 5. Когда юелнчина сигнала датчика 13 тока соеттадает с ;величиной сигнала задающего генератора 17 (МОмент н), включаются тиристоры 3 и 11, тиристоры 2 и 12 начинают восстанавливать управляющие свойства под обратным напряжением, а ток нагрузки замыкается по цепи, образованной проводящими тиристорами 5, 6, 7 и 11. В момент /is нанряжение датчика 13 вновь совпадает с напряжением задающего генератора 17 и включаются тиристоры 2 и 12. Далее нроцессы в схеме повторяются на всем этапе формирования спадающей части синусоиды. Максимальное напряжение на конденсаторе 5 ограничивается соответствующи-м включением тиристоров 11 и 12 при помощи пороговых элементов. В таком режиме работы нроцессы в схеме на этане фор.мирования спадающей части синусоиды носят только колебательный характер, что позволяет увеличить крутизну спада тока и, следовательно, частоту выходного сигнала преобразователя. Требуемую крутизну нарастания тока нагрузки (интервал t}-/1з) можно обеспечить соответствующим выбором конденсатора 5. Максимальное отклонение тока нагрузки от задающей синусоиды во втором режиме работы, при формировании снадающей части синусоиды в два раза меньше, чем в первом, и не может нревышать Д/ 1,/ L Для обеспечения рекунерации энергии, запасенной нагрузкой, в питающую сеть постоянного тока целесообразно на входе преобразователя (см. фиг. 3) установить управляемый тиристорный мост, в диагональ которого включен источник постоянного напряжения питания. Общая точка анодов тиристоров 20 и 21 управляемого моста нодключена к общей точке катодов тиристоров 7 и 9 реверсора нагрузки, а общая точка катодов тиристоров 22 н 23 - к общей точке анодов тиристоров 1 и 4 моста с дозирующим конденсатором 5. Когда включены тиристоры 20 и 22, энергия из сети постоянного тока передается в нагрузку (режим прямой передачи энергии) и процессы, протекающие в схеме, аналогичны описанным. Для перевода схемы в режим обратной передачи энергии (инверторный режим) необходимо включить тиристоры 21 и 23, предварительно выключив тиристоры 20 м 22. Допустим, что проводили тиристоры 22, 1, 2, 6, 7 и 20 и конденсатор 5 перезаряжался до напряжения питания с полярностью, указанной на фиг. 3 без скобок. Когда напряжение на конденсаторе становится равным Е, включается тиристор 11, ток нагрузки замыкается по контуру: тиристоры 7, 11, 2 и 6 - нагрузка 10, а тиристоры 20 и 22 восстанавливают управляющие свойства. Через время, необходимое для восстановления управляющих свойств тиристоров 20 и 22, определяемое задержкой системы управления, включается тиристор 3, к тиристору 2 прикладывается обратное напряжение, а конденсатор 5 перезаряжается током нагрузки. Когда напряжение на конденсаторе 5 становится равным Е с полярностью, указанной на фиг. 3 в скобках, включаются тиристоры 21, 23 и 1 и ток нагрузки замыкается навстречу э. д. с. источника по контуру: минус источника питания - тиристоры 23, I, 3 и 6 - нагрузка 10 - тиристоры 7 т 21 - плюс нсточника 1НИтан.ия. Следовательно, схема полностью переходит в инверторный режим.

Регулировка в инверторном режиме осуществляется соответствующи1Л переключением тиристоров 1 и 2 или 3 и 4. При этом в цепь тока включается дозирующий конденсатор 5, что уменьшает среднее значение Г1роти,воэ.д.с. на зажимах -нагрузки. Включение тиристоров 2 и 11 либо Зи 12 соответствует противоэ.д.с., равной «улю.

Чер,е|Дуя режимы работы с лро-ливоэ.д.с., равной Е, с конденсатором 5 в цепи тока и о протиюоэ.д.с., равной нулю, .можно |регулировать среднее значение 1проти1воэ:д.1с., подключаемой к нагрузке, от нуля до максимальной, равной Е. Это позволяет обеспечить регулируемое торможение двигателя переменного тока.

Таким образом, преобразователь, показанный на фиг. 3, позволяет рекуперировать энергию, запасенную в нагрузке, а также обеспечивает более широкий диапазон изменения частоты выходного тока.

Для преобразования переменного напряжения постоянной частоты и амплитуды в синусоидальный ток нагрузки регулируемой частоты и амнлитуды служит устройство (см. фиг. 4), на входе которого включен трехфазный мостовой преобразователь, выполненный на тиристорах 24-29.

Предлагаемый преобразователь позволяет преобразовать постоянное или переменное постоянной частоты и амплитуды напряжение источника питания в синусоидальный ток нагрузки с хорошим гармоническим составом последнего и улучшить форму кривой тока нагрузки и частотные характеристики. Ток любого из элементов схемы не превышает тока нагрузки. Для облегчения режимов ра/ dc AU ооты тиристоров -- , - I достаточно

QI ог у

последовательно с коммутирующим конденсатором 5 включить небольшой дроссель.

П р е д А е т изобретения Преобразователь частоты, содержапхий последовательно соединенные по цепи постоянного тока тиристорный мост с коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока, реверсор тока нагрузки также в виде тиристорного моста и обратные тиристоры, отличающийся тем, что, с целью улучитения формы кривой тока в нагрузке, катоды обратных тиристоров подключены к обкладкам коммутирующего конденсатора.

. 4