Параллельный инвертор тока для частотно-управляемого электропривода Советский патент 1976 года по МПК H02M7/515 H02P7/42 

1

Известны параллельные инверторы, содержащие на выходе тиристорно-дроссельный компенсатор реактивной мощности с блоком управления, регулирующее звено в виде встречно-параллельно включенных тиристоров, установленных между выходными зажимами инвертора и нагрузкой, со своим блоком управления, датчики или измерительные органы напряжения, а также блок управления тиристорами инвертора. В случае, если инвертор предназначен для частотно управляемого электропривода, в нем содержится также функциопальный блок, обеспечивающий заданный закон регулирования наиряжения и частоты.

Предложенный инвертор отличается, от известных тем, что вход блока управления тиристорно-дроссельным компенсатором реактнвной мощности через датчик напряжения подключен к коммутирующим конденсаторам, а вход блока управления указанного регулирующего звена на встречно-параллельно соединенных тиристорах через второй датчик напряжения подключен к зажимам нагрузки. Это позволяет уменьшить массу и габариты коммутирующих параллельных конденсаторов.

На фиг. 1 представлены принципиальная электрическая схема силовой части инвертора и блок-схема системы управления; па фиг.

2

2 - законы измененпя основных параметров в инверторе и в частотно регулируемом электроприводе.

Инвертор содержит входной дроссель 1, моciOBoii TiipHCTOpiibni инвертор 2, пapavTлeльныe коммутирующие копдеисаторы 3, тиристорнодроссельный компенсатор реактивной мощности 4, регулирующее звено 5 в виде встречнопараллельно включенных Т1 рпсторов, 6 управления тиристорно-дроссельиым компенсатором, связанный через датчик напряжения 7 с кондеисаторами 3, блок 8 унравления встречно-параллельно гл л оченпыми тиристорами регулируюи1,сго звена, подключенный через датчик папряжепия 9 к иагрузке 10, блок управления тиристорахп иивертора li виде распределителя импульсов 11 и задаюп1,его генератора 12, а также блок 13 задания закона регулирования напряжения п частоты иивертора.

Блок 2 ппвертирует постоянное напряжение источника иитання в переменное напряжение па конденсаторах 3. Частота этого напряжения определяется частотой импульсов, поступающих с блока уиравлеиия 11 п регулируется задающим генератором 12. Напряжение на коммутирующих конденсаторах 3 стабилизируют независимо от частоты тиристорно-дроссельным компенсатором 4. Напряжение на выходе иивертора (иа зажимах электродвигателя) независимо регулируют встречно-параллельно соединенными тиристорами звена 5.

Закон частотного регулирования вырабатывается блоком задания закона регулирования 13. Сигнал с блока задания закона управления 13 поступает на блок задающего генератора регулируемой частоты 12 и одновременно на блок 8. Сигнал, воздействующий на блок задающего генератора 12, управляет его частотой, а сигнал, воздействующий на блок управления 8, управляет углом отпирания тиристоров звена 5. Сигнал регулируемой частоты с блока задающего генератора 12 поступает на распределитель импульсов 11, который формирует управляющие импульсы с параметрами, необходимыми для отпирания тиристоров инвертора 2. Управляющие импульсы с блока 11 управляют частотой переключения инвертора 2, а следовательно, и частотой инвертора. Блок управления 8 формирует регулируемые по фазе управляющие импульсы с параметрами, необходимыми для отпирания тиристоров звена 5, а следовательно, и к изменению выходного напряжения инвертора (на зажимах электродвигателя).

Стабилизация напряжения на коммутирующих конденсаторах 3 производится путем изменения величины реактивной мощности, потребляемой тиристорно-дроссельным компенсатором 4, который управляется блоком управления 6. Блок управления 6 формирует регулируемые по фазе управляющие импульсы с параметрами, необходимыми для отпирания тиристоров компенсатора 4.

На фиг. 2 изображен процесс частотного регулирования скорости вращения электродвигателя по закону

const (М Ж„ом const),

где f/c - напряжение на коммутирующих конденсаторах инвертора; бдв - напряжение на зажимах электродвигателя; / - частота инвертора; я - скорость вращения электродвигателя; а - угол отпирания тиристоров; t - время.

Пусть за время Д/ необходимо уменьщить скорость электродвигателя с П до «2- Для этого частоту инвертора уменьшают с /1 до /2. Одновременно, для выполнения закоf/.:m

Const,

На частотного регулирования

/

уменьшают напряжение на зажимах электродвигателя с до 6дв2 путем увеличения угла отпирания встречно-параллельно соединенных тиристоров соответственно с ci до 0.2. Напряжение же на коммутирующих конденсаторах инвертора стабилизируется на номинальном уровне, т. е. L/C Const. Это является отличительной особенностью описываемого инвертора.

Стабилизация напряжения на конденсаторах инвертора обеспечивает сохранение их реактивной мощности, достаточной для питания

электродвигателей на самых низких частотах при вентиляторной нагрузке и нагрузке с постоянным моментом.

Отделение же тиристорами звена 5 конден5 саторов от электродвигателя исключает также возЛЮжность его самораскачивания. При стабилизации напряжения на коммутирующих конденсаторах (Lc Const) в процессе частотного регулирования реактивная мощность 0 конденсатором, определяемая как Qc 2-/Uc -C, ... (1) изменяется только прямо пропорционально частоте

.(2).

гQCHOM/1ЮМ

в то время, как в известных инверторах она изменяется прямо пропорционально еще и квадрату напряжения на коммутирующих конденсаторах L/c.

0 Таким образом, при законе частотного регулирования (7// Const реактивная мощность коммутирующих конденсаторов в известных инверторах определяется так:

Q. / / Vп

)

VcnoM JHOM /

Отношение реактивной мощности конденсаторов к мощности электродвигателя равно

QC Рцом . //1

(4)

QC

f

электродвигателя опре /

(5)

/но

Выражение (4) показывает, что при частотном регулировании реактивной мощности конденсаторов недостаточно для обеспечения мощности потребляемой электродвигателем. Чтобы обеспечить эту мощность, необходимо увеличить емкость коммутируюошх конденсаторов согласно выражению

/и.

С - С„

(6)

/

Как видно, при этом резко возрастает требуемая емкость коммутирующих конденсаторов. Так, например, при диапазоне частотного ре59гулирования, равным /1гом// 10, требуемая емкость по отношению к емкости, определенной для номинальной частоты составляет

С:.100 С„ОМ.

Увеличение емкости коммутирующих кон55 деисаторов не только увеличивает габариты, но и приводит к снижению к.п.д., ухудшению вероятности самораскачивания двигателя инвертором. Как следует из (5) и (2) мощность электродвигателя и реактивная мощ60ность конденсаторов в зависимости от частоты изменяются по одинаковому закону. Следовательно, емкость конденсаторов не требуется увеличивать по отнощению к емкости, определенной для номинальной частоты, т. е.

,,(7) Сравнивая выражения (6) и (7), можно видеть, какой выигрыш в величине емкости KOMJ мутирующих конденсаторов дает описываемый инвертор. Так, нанример, если при диапазоне частотного регулирования, равном fiioM// 10 емкость конденсаторов в известном инверторе необходимо увеличить в 100 раз, то в описываемом инверторе ее не требуется увеличивать вовсе. При вентиляторном моменте нагрузки МОЩНОСТЬ двигателя , а реактивная мощность конденсаторов при Uc Consi по-прежнему определяется выражением (2). В зтом случае имеется даже запас реактивной мощности коммутирующих конденсаторов, определяемый выражением QC Л10м //лом Q.HOM РV / Следовательно, мощность на валу электродвигателя для рассмотренных видов нагрузки при частотном регулировании можно обеспечить без увеличения установленной мощности коммутирующих конденсаторов, определенной при номинальной частоте. Формула изобретения Параллельный инвертор тока для частотно управляемого электропривода, содержащий на выходе тиристорно-дроссельный компенсатор реактивной мощностн с блоком управления, регулирующее звено в виде встречно-параллельно включенных тиристоров, установленных между выходными зажимами инвертора и нагрузкой, со своим блоком управления, датчики напряжения, а также блок управления тиристорами инвертора и блок задания закона регулировашш напряж:ения н частоты, отл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью снижения массы и габаритов коммутирующих конденсаторов, вход блока управления тиристорнодроссельным компенсатором через датчик напряжения подключен к коммутирующим конденсаторам, а вход блока управления регулирующего звена на встречно-параллельно соединенных тиристорах через второй датчик напряжения подключен к зажимам нагрузки.

Uc. Uff6. f,