Статический преобразователь частоты с рекуперацией энергии в сеть Советский патент 1976 года по МПК H02M5/44 

мугация (выключение) основных тиристоров .инвертора. На венгилях входного выпрямителя перенапряжения возникают в переходных и аварийных режимах. Одним из таких переходных режимов является отключе ние под нагрузкой силовой схемы преобразо вателя частоты от питающей сети с помощью контактной аппаратуры. При этом всле ствие того, что в устройстве имеется сглаживающий дроссель с большой индуктивностью, на полупроводниковых вентилях ного выпрямителя возникают перенапряжения с полярностью: положительный потенциал - на анодах вентилей, отрицательный - на катодах вентилей. Известен статический преобразователь частоты на базе автономного инвертора тока, в котором ограничение величины макси мального напряжения на вентилях инвертора достигается за счет снижения перенапряжений на зажимах трехфазной электромашин- ной нагрузки путем введения в схему допол нительного устройства ограничения перенапряжений, состоящего из трехфазного мосто вого неуправляемого выпрямителя, вход которого по переменному току подключен к выходным зажимам автономного инвертора, конденсатора, подключенного к общим катодам и общим анодам неуправляемого выпрямителя, двух токоограничивающих резисторов, подключенных соответственно между общими катодами и общими анодами неуправ ляемого выпрямителя с одной стороны и о& щими анодами и обшими катодами основных тиристоров инвертора тока с другой стороны 11 . В результате величина перенапряжений на выходных зажимах автономного инвертора ограничивается на уровне, определяемом напряжением на вспомогательном конденсаторе, включенном на выходе неуправляемого моста. Однако в рассмотренной схеме статического преобразователя частоты на базе автономного инвертора тока не обеспечивается защита тиристоров входного выпрямителя от перенапряжений, возникающих при отключении с помощью контактной аппаратуры от питающей сети силовой схемы, находящейся под нагрузкой. Цель изобретения - ограничение на задан ном уровне перенапряжений, возникающих на входном выпрямителе в момент отключения под нагрузкой силовой схемы преобразо вателя от питающей сети с помощью контакной аппаратуры. Это достигается тем, что в статическом преобразователе частоты, содержащем входной трехфазный мостовой выпрямитель на тиристорах, вход которого по переменному току подключен через контактный элемент, например контактор, сглаживающий дроссель,автономный инвертор тока,блок ограничения перенапряжения на выходных зажимах автономного инвертора, конденсатор фильтра, а также систему регулирования, общие катоды тиристоров входного выпрямителя соединены с катодом дополнительно введенного в схему неуправляемого вентиля, анод которого связан с общими анодами неуправляемого выпрямителя блока ограничения перенапряжений, а общие аноды тиристоров входного выпрямителя соединены с анодом другого дополнительно введенного в схему неуправляемого вентиля, катод которого связан с общими катодами неуправляемого выпрямителя блока ограничения перенапряжений. На чертеже изображена схема статического преобразователя частоты, Входной трехфазный мостовой полностью управляемый выпрямитель на тиристорах 1-6 подключен входом по переменному току через трехполюсный контактор 7 к питающей сети переменного напряжения постоянной частоты. Общие катоды тирист-оров 1 - 3 соединены с началом первой обмотки 8 двухобмоточного сглаживающего дросселя 9; обладающего большой индуктивностью Конец первой обмотки 8 соединен с общими акода ми основных тиристоров 10-12 автономно го инвертора тока с межфазовой комллу гадией. Общие катоды трех других основных тиристоров 13-15 инвертора соединены с .-чалом второй обмотки 16 двухобмоточного сглаживающего дросселя 9, Конец второй обмотки 16 соединен с общими анодами тиристоров 4-6 входного выпрямителя. Автономный инвертор тока содержит шесть групп коммутирующих конденсаторов 17-22, в1-льс ченных соответственно между основными тиристорами 10-12, 13-15 и отсекающими диодами 23-25, 26-28. К выходным зажимам 29-31 инвертора подключена трехфазная электромашинная нагрузка 32-34 переменного тока. Для повышения коммутационной устойчивости инвертора при пускД) ра-боте в области низких напряжений и а переходных режимах к шести зажимам коммутирующих конденсаторов 17-22, общим анодам тиристоров 10-12 и общим катодам тиристоров 13-15 подключены выходь, устройства 35 подзаряда коммутирующих, кок денсаторов, вход которого подключен к питающей сети переменного напряжение. Для ограничения величины перенапряжений на зажимах 29-31 нагрузки в преобразовэ.тель частоты введен блок ограничения перенапряжения, содержащий трехфазный мостовой неуправляемый выпрямитель на вентилях 36-41, вход которого по переменному току подключен к выходным зажимам

29-31 автономного инвертора. Общие катоды вентилей 3&-Л8 соединены с положительным полюсом конденсатора 42 фильтра, отри1ительнь1й полюс которого соединен с общими анодами вентилей 39-41 неуправляемого вьшрямителя. В состав устройства ограничения перенапряжений входит также трехфазный мостовой ведомый сетью инвертор на тиристорах 43-48, выход по переменному току которого подключен через согласующий трансформатор 49 к питающей сети переменного напряжения. Общие аноды тиристоров 43-45 ведомого инвертора соединены с одним из выводов обмотки дросселя 50 фильтра, второй вьшод обмотки которого соединен с положительным полюсом конденсатора 42 фильтра. Общие катоды тиристоров 46-48 ведомого инвертора сое- динены с отрицательным полюсом конденсатора 42 фильтра.

Управление тиристорами статического преобразователя частоты осуществляется с помощью блока 51 управления тиристорами 1-6 входного выпрямителя с диапазоном фазового управления 180 эл.град,, блока 52 управления тиристорами 10-15 автономного инвертора тока и блока 53 управления тиристорами 43-48 ведомого сетью инвертора блока ограничения перенапряжений.

Блок 54 регулирования реализует определендый закон частотного управления элекгроприЕодом.; Блок 55 питания осуществляет подачу необходимых напряжений для питания блохов управления тиристорами преобразователя и блока 54 регулирования. Система регулирования, включающая блоки 51-53 управления тиристорами и блок 54 регулирования, обеспечивает двигагельн-ый и генераторный режимы работы электромащинной нагрузки с рекуперадией энергии в сеть путем перевода входного выпрямителя в режим инвертора, ведомого сетью, а автономного инвертора - в режим компенсированного выпрямителя.

Для ограничения на заданном уровне переаапр.5ик.ений общие катодь тиристоров 1-3 входного выпрямителя соединены с катодом дополнительно введенного в схему неуправляемого вентиля 56, анод которого соединен с общими анодами вентилей 39-41 неуправляемого выпрямителя блока ограничения перенапряжений, а общие аноды тиристоров входного выпрямителя соединены с анодом дру:.-.ГО дополнительно введенного в схему неуправляемого вентиля 57, катод которого соединен с общими катодами вентилей Зб-ЗЗ неуправляемого выпрямителя блока огс аничения перенапряжений,

ПредположиМг что статический преобразователь частоты питает электромащинную нагрузку, работающую в двигательном или

генераторном режимах при номинальном токе. Одним из возможных контуров протекания силового тока в течение некоторого интервала времени является, например, следующий: линейный провод фазы А питающей сети переменного напряжения, соответствующие силовые контакты контактора 7, тиристор 1 входного выпрямителя, первая обмотка 8 сглаживающего дросселя 9, тиристор 10 и отсекающий диод 23 автономного ин10вертора, фазы 32 и 34 нагрузки, отсекающий диод 28 и тиристор 15 автономного инвертора вторая обмотка 16 сглаживающего дросселя 9, тиристор 6 входного выпрямителя, соответствующие силовые контакты кон15тактора 7, линейный провод фазы С питающей сети переменного напряжения. В процессе работы статического преобразователя частоты напряжение на конденсаторе 42 фильтра блока ограничения перенапряжений остается

0 практически постояннь1м и не превышает определенный уровень напряжения, составляющий, например, 110-120% от максимально возможной амплитуды первой гармоники линейного напряжения на выходе ин&вертора тока. Величина упомянутого уровня напряжения на конденсаторе 42 задается с помощью ведомого инвертора на тиристорах 43-48 и его блока 53 управления.

Ведомый инвертор работает, например, с

0 постоянным углом ji опережения включения тиристоров, В этом слтеае уровень напряжения на конденсаторе 42 определяется входной характеристикой ведомого инвертора на тиристорах 43-48, Для получения более жесткой характеристики возможно ре гулировать угол р опережения ведомого инвертора так, чтобы напряжение на конденсаторе 42 фильтра было постоянным и не превыщало заданный уровень во всех режимах работы стати0ческого преобразователя частоты. Вследствие того, что напряжение на конденсаторе 42 превышает максимально возможную амплитуду первой гармоники выходного линейного напряжения автономного инверто5ра, к неуправляемым вентилям 56, 57 постоянно приложено обратное напрян ение как в двигательном, так и в генераторном режимах работы нагрузки, т.е. вентили 56, 57 оказываются выключенными практичес0ки в течение всего периода выходной частоты автономного инвертора, за исключением коммутационных интервалов, длительность которых по отнощению к периоду незначительна. Кроме того, амплитуды токов,

5 протекающих через вентили 56, 57 в течение коммутационных интервалов, ограничены индуктивностями обмоток 8 и 16 сглаживающего дросселя 9,

Предположим, что производится отклю чение си.човой схемы статического прео

разователя частоты от питающей сети переменного напряжения с помощью контактора 7. В результате разрыва цепи, по которой протекает силовой ток, и наличия в схеме преобрааователя элементов, обладаю- щих индуктивностью, на тиристорах 1-6 входного выпрямителя начинает повышаться напрял ение с полярностью: положительный потенциал - на анодах тиристоров, отрицательный - на катодах тиристоров. При достижении этим напряжением уровня, равного напряжению на конденсаторе 42, открываются неуправляемые вентили 56, 57, и силовой ток, уменьшаясь до нулевого значения, замыкается по новому контуру: первая обмотка 8 сглаживающего дросселя 9, тиристор 10 и отсекающий диод 23 автономного инвертора, фазы 32 и 34 нагрузки, отсекающий диод 28 и тиристор 15 автономного инвертора, вторая обмотка 16 сглаживающего дросселя 9, неуправляемый вентиль 57, конденсатор 42 фильтра, неуправляемый вентиль 56, первая обмотка 8 В результате перенапряжения, возникающие на тиристорах 1-6 входного выпрямителя при отключении преобразователя от питающей сети с помощью контактной аппаратуры не превышают заданного уровня, равного напряжению на конденсаторе 42 фильтра

блока ограничения перенапряжений.

Предлагаемый статический преобразователь частоты имеет следующее преимущество по сравнению с прототипом: электроснабжение установок со статическими преобразователями в большинстве случаев осущест- вляется по сетям, содержащим контактную аппаратуру, обладающую защитными характеристиками от токовых перегрузок сетей Б аварийных режимах Такими аппаратами являются, например, автоматические выключате.ли, предохранители, пускатели, контакторы. При срабатывании указанной защитной аппаратуры происходит разрыв питающей сети, что может привести к перенапряжениям на тиристорах входного выпрямителя прототипа и выходу их из строя, В предлагаемом статическом преобразователе частоты перенапряжения на тиристорах входного выпрямителя в этом случае исключаются.

Дополнительно введенные в схему неуправляемые вентили 56, 57 загружены по току незначительно, что позволяет использовать в качестве этих вентилей приборы на токи, меньщиечемв основной силовой схем преобразователя, а в случае применения приборов, аналогичных вентилям силовой схемы, надежность их работы в качестве вентилей 56, 57 выще, чем вентилей силовой схемы преобразователя частоты.

Формула изобретения

Статический преобразователь частоты с рекуперацией энергии в сеть, содержащий входной трехфазный мостовой выпрямитель на тиристорах, вход которого по переменному току подключен через контактный элемент, сглаживающий дроссель, автономный инвертор тока, блок ограничения перенапряжения на выходных зажимах автономного инвертора, конденсатор фильтра, а также систему регулирования, отличающийся тем, что, с целью ограничения на заданном уровне перенапряжений, возникающих на входном выпрямителе в момент отключения под нагрузкой силовой схемы преобразователя от питающей сети с помощью контактной аппаратуры, общие катоды тиристоров входного выпрямителя соединены с катодом дополнительно введенного в схему неуправляемого вентиля, анод которого связан с общими анодами неуправляемого выпрямителя блока ограничения перенапряжений, а общие аноды тиристоров входного выпрямителя соединены с анодом другого дополнительно введенного в схему неуправляемого вентиля, катод которого связан с общими катодами неуправляемого выпрямителя блока ограничения перенапряжений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе изобретения:

1. Толстов Ю. Г., Наталкин А. В. Тиристорные преобразователи частоты для мощного асинхронного электропривода, Электротехника № 12, 1972 (прототип).