Преобразователь частоты и фаз Советский патент 1978 года по МПК H02M5/04 H02M7/515 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ч И ФАЗ

дому из которых подключен встречно-оараллельно диод, причем выводы переменного тока этого моста присоединены к коммутирующему конденсатору, а выводы постоянного тока однофазного моста подключены к фильтровому конденсатору, к которому присоедикены зарядный выпрямитель и через сглаживающий дроссель - вспомогательный инвертор 2.

Сброс энергии коммутирующего дросселя в аккумуляторную батарею с двусторонней проводимостью нецелесообразен из-за существенного увеличения массы и объема преобразователя. Поглощение избыточной энергии коммутирующего контура в резисторах затруднено в мощшых установках в силу значительных габаритов резисторов, сложности теплоотвода и из-за снижения общего КПД преобразователя.

Целью изобретения является повышение КПД преобразователя.

Это достигается тем, что в предложенном йреобразователе выводы переменного тока указанных зарядного выпрямителя и вспомогательного ведомого инвертора подключены к вторичным обмоткам трансформатора.

На фиг. 1 показана принципиальная схема предложенного устройства; на фиг. 2 - диаграммы работы вентилей; на фиг. 3 - кривые напряжений и токов элементов устройства.

Преобразователь содержит главные тирчсторы 1-6,обратные диоды.7-12, коммутирунзщий конденсатор 13, коммутирующий дроссель И, вспомогательные тиристоры 5, 16, коммутирующие тиристоры 17-22, дополнительный источнич: 23, зарядные тнристоры 24- 27, диоды 28-31, трансформатор 32, питаю щий вь прямитель 33, зарядный выпрямитель 34, фильтровой коиденсатор 35, вспомогательный ведомый инвертор 36, сглаживающий дроссель 37. Главные тиристоры 1-6 и обратные диоды 7 12 собраны по трехфазной мостовой схеме. Вспомогательные тиристоры 15, 6 подключены последовательно к выводам питающего выпрямителя 33. Коммутирующие тиристоры 17 и 18, 19 и 20, 21 и 22, включенные встречио-параллельно, присоединены к отдельным фазам.

Устройство работает следующим образом.

Пусть в режиме холостого хода работают только зарядные тиристоры 24--27 и зарядный выпрямитель 34, причем напряжение на фильтровом конденсаторе 35 обозначим через и,. От блока управления зарядные тирксторы поочередно и попарно (24 и 25, 26 и 27) включаются с тройной частотой по отнощению к выходной частоте преобразователя fj. Напряжение на коммутирующем конденсаторе 13 (Ue) близко по форме к прямоугольному, изменяется с частотой 3f|, а его амплитуда Ueo равнй Uj (фиг. За). Для ограничения фронта нарастаиня тока зарядных тиристоров (Ц) могут применяться известные рещенйя, например нась Щающиеся дроссели.

В процессе пуска и разгона асинхронного двигателя напряжение на входе автономного инвертора (Ue;t) постепенно увеличивается от нуля до максимального значения Ц, за счет изменения угла управления питающего выпрямителя 33. Открытие тиристоров автономного инвертора производится от блока управления (не показан), причем частота следования управляющих импульсов f| возрастает по мере увеличения скорости двигателя. За счет временных сдвигов между моментами открытия тнристоров обеспечивается симметричная трехфазная система напряжений на выходе инвертора.

Выключение главных Тиоисторов 1-6 произ-. водится с помощью общего коммутирующею узла, состоящего из коммутирующих конденсатора 13 и дросселя 14 и тиристоров 15-22. Тиристоры 17-22 открываются поочередно один раз, а тиристоры 15 и 16 - трижды за период выходного напряжения. 5 Рассмотрим процесс выключения главного тиристора 1. Пусть коммутирующий конденсатор 13 заряжен до напряжения UcoUs, причем потенциал правой обкладки положителен (фиг. 1). Ток нагрузки фазы А (U), протекавщий через тиристор 1 перед выключением, из-за индуктивного характера считает неизменный на протяжении всего времени коммутаций. При открытии коммутирующих тиристоров 15 и 17 в момент to (фиг. 3 б, в) начинается разряд конденсатора 13, процесс разряда иосат 5 колебательный характер с резонансной часто. той (обычно 5-10 кГц), определяемой емкостью конденсатора 13 и индуктивностью дросселя 14.

На первом интервале коммутации (от to до ti) ток разряда конденсатора 13 (ie) возрастает от нуля до i, а ток выключаемого тиристора 1 соответственно уменьщается от 1ц до нуля. На втором интервале (от ti до tg) ток конденсатора превыщает ток яагрузки, и его часть, равная (ic - IB), замыкается через обратный диод 7. Г1адение напряжения на диоде 7 является обратным напряжением для тиристора 1, причем длительность второго интервала равна времени, представляемому схемой для выключения главных тиристоров.

В момент времени i .достигает амплитудиого значения, напряжение Ut изменяет свою полярность и положительный потенциал приобретает левая обкладка конденсатора 13. , ; - : , , , . : ..-,,.

в момент 12 ток ip становится равиым I, после этого на третьем интервале (от ta ДО ts) происходит его снижение до нуля. Поскольку ток « принят неизменным, включается диод 10, и Часть тока нагрузки, равная (1м - ic) поступает через этот диод в фазу А от других фаз двигателя (происходит обмен энергией между фазами нагрузки через диод 10 и тиристоры 5 или 6).

На третьем интервале коммутации конденсатор 13 перезаряжается по контуру: 13-14- 17-10-источник Uex-15-13 т.е. в контур перезаряда конденсатора входит питающий ис- . 5 точник. В начальный период йуска двигателя, когда и,0, питающий источник не оказыBaet влияния на процесс перезаряда конденсат ора- (фиг. 2 б). В момент 1з -при спаде тока ic до нуля напряжение на конденсаторе Ucj меньще начального значения , так как контур коммут:ации всегда обладает

/потерями энергии. В момент t включаются тиристоры 24, 25 и происходит подзаряд конденсатора 13 до напряжёйия Тем самым обеспечивается необходимая коммутационная способность инвертора а начальный период пуска двигателя.

При разгоне двигателя по мере повышения и«х напряжение на конденсаторе в момент ta (Ue увеличивается и при достижении Ue,U} процесс подзаряда коммутирующего конденсатора от зарядного источника прекращается, так как в моменты подачи импульсов управления к зарядным тиристорам не приложено положительное иаиряжение в прямом направлении. ., На третьем интервале коммутации ток Л протекает при согласном действии питающего источника Ute, поэтому напряжение на конденсаторе стремится возраст сверх и. Возможное превыщение напряжения Uc над Цц тем больще, чем выше U и ток «. Если в схеме не установлены дйоды 28-31, напряжение в конце третьего ишервала и может значительно превысить максимальную величину напряжешь питающего теточника (пунктирные лниин на фиг. 2 а). При установке диодов 28-31 в момент tg. когда Ue начинает превышать IF|, открываются диоды 28 и 29. В результате параллеяьнр кояденcatopy ЛЗ оказываются подключенными фильтровой конденсатор 35 и (через реактор 37) .. тате электромаггпгтиая энергия от дросселя 14 ™..„„.„,.л начинает поступать не только в конденсатс р 13, но также в фильтровой конденсатор 35. Энергия, отводимая через диоды Ш-31, является избыточной энергией- контура коммутаций, ее длительное поступление вызывает по вышение напряжения на фильтровом конденсаторе 35 сверх величины Uj. Однако повыщение напряжения сверх уровня 1,1-1,15 У, не может иметь места, поскольку в этом случае начинают проводить ток тиристоры вспомогательного ведомого сетью инвертора 36 (среднее выпрямленное напряжение инвертора 36 выбирают равным ,,15 Uj, а в свою очередь Ц-и.-и«)Таким образом, на интервале t - ta {фиг. 2 в) напряжение конденсатора 13 неизменно, равно Uee 1,1 -и5 и,, ток i. 0. Ток коммутирующего дросселя 14 (ii,) линейно спадает до нуля.

Через вспомогательный инвертор 36, трансформатор 32 и силовой выпрямитель 33 избыточная энергия возвращается из контура коммутации на вход автономного инвертора и далее в нагрузку, что способствует повыщению общего КПД преобразователя.

Формула изобретения I г л Ж Л Преобразователь частоты и фаз, содержащкй под1слюченный ко входным выводам через трансформатор питающий выпрямитель, к выходным выводам которого подключены соединенные по трехфазной мостовой схеме главные тиристоры и обратные диоды, два последовательно соединенных вспомогательных тиристора, имеющий также последовательную цепь из коммутирующих конденсатора и дросселЛ, один вывод которой подключен к средней точке двух вспомогательных тиристоров, а другой вывод к общей точке пар встречно-параллельно включенйых коммутирующих тиристоров отдельных фаз, однофазный мост из четырех зарядных f к м тиристоров, к каждому из которых подключен встречно-параллельио диод, причем выводы переменного тока этого моста присоединены к коммутирующему конденсатору, а выводы пестоян ного тоГа однофТзноТо мос та То ны к .фильтровому конденсатору, к которому присоединена зарядный выпрямитель и через сглаживающий дроссель - вспомогательный вежмиый инвертор, отличающийся Тем, что, с елью гговыщения его КПД, выводы переменного тойа указанных зарядного выпрямителя и вспомогательного ведомого инвертера подключены к вторичным обмоткам трансформатора. Источники информации, принятые во внима-: ние при экспертизе: 1.Итоги науки и техники, серия «Электрооборудованне транспорта, т. 2, М., ВИНТИ, 974, с. 28-36.. 2.Патент ФРГ № 2323905, К1. 21 d 12/03, 1974. / Хгг ., ,1

Vi