Преобразовательное устройство со звеном постоянного тока Советский патент 1979 года по МПК H02M5/458 H02M7/515 

1

Изобретение относится к устройствам преобразования переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты, а также к устройствам преобразования постоянного тока в переменный, преимущественно для частотного регулирования двигателей переменного тока со ступенчатым или плавным регулированием частоты.

Известны преобразовательные устройства (ПУ) со звеном постоянного тока, в которых основные вентили выходной части ПУ соединены по мостовой схеме, а индивидуальные коммутирующие вентили объединены в анодную и катодную группы и подключены к ветвям этой схемы 1, 2.

Недостатком известных устройств является невысокое качество формы кривой выходного напряжения.

Данное предложение имеет целью устранение указанного недостатка.

Эта цель достигается тем, что общие точки упомянутых групп вентилей связаны с отводом от средней (промежуточной) точки источника питания. Эта связь может быть выполнена непосредственно групповыми коммутирующими вентилями или через цепь, содержащую конденсатор, или конденсатор и дроссель. В первом случае в качестве источника питания звена постоянного тока быть использован управляемый выпрямитель или групповой. Коммутирующие и основные вентили должны быть полностью управляемыми. Во втором случае этим источником питания может быть

как выпрямитель, так и аккумуляторная батарея. ПУ может быть однофазным и многофазным.

На фиг. 1 приведена схема трехфазного ПУ, в котором групповые коммутирующие

вентили непосредственно подключены к отводу от средней (нулевой) точки источника питания (ИП); на фиг. 2 приведена потенциальная диаграмма внешних выводов ПУ, выбранная из условий, нрнмерно, одинакового подавления ближайших нятой и седьмой гармоник; на фиг. 3 и фиг. 4 приведены варианты схем трехфазного ПУ при подключении групповых коммутирующих вентилей к средней точке ИП через L-С цепь.

На фигурах обозначены: 1-6 - основные вентили, 7-8 - групповые коммутирующие вентили, 9 - выпрямитель, 10 - питающий трансформатор, 11 -16 - индивидуальные коммутирующие вентили, 17-19-потенциалы выводов А, В, С ПУ относительно средней точки ИП, 20 - кривая линейиого напряжения Uab, 21 - кривая фазного напряжения L/C, 22, 23 - коммутирующие конденсатор (С) Н дроссель (L), 24, 25 - «обратные вентили.

Потенциальная днаграмлта ностроена для слзчая, когда угол нроводимостн основных вентилей составляет 150 электрнческих градусов, а частота питающей сети много выше частоты нагрузки. Кривые нанряжения ПУ инвариантны по отношению к величине Cos ф нагрузки для всех значений ,7.

Рассмотрим работу ПУ ири питании симметричной нагрузки с отстаюш;им Созф 0,8. Пусть в исходном положении при to-.t.ti установился стационарный периодический процесс и ток проводят вентили 1,

2,3. В момент ti выпрямитель 9 задержкой подачи очередного отпирающего импульса кратковременно переводится в инверторпый режим. Одновременно подаются отпирающие импульсы на вентили 7 и 11. Вентиль 1 оказывается под отрицательным анодным напряжением и запирается. Ток фазы А замыкается по цепи, образованной элементами 2, 9, 10, 7, И. Спустя время восстановления вентильной прочности вентиля 1 выпрямитель 9 переводится в основной выпрямительный режим. В момент 4 выпрямитель снова кратковременно переводится в инверторный режим и подается отпирающий импульс на вентиль 12. Вентиль 7 запирается, а ток фазы А замыкается по цепи, образованной элементами 12-И. Выпрямитель снова переводится в свой основной режим. Подается дежурный отпирающий импульс на вентиль 4, и он начинает проводить токе момента, когда ток предыдущей полуволны фазы А спадет до пуля. В момент ts выпрямитель снова кратковременно переводится в инверторный режим и подаются отпирающие импульсы на вентили 8 и 12. Вентиль 2 запирается, а ток фазы В замыкается по цепп, образованной элементами 12, 8, 10, 9,

3.Дальнейшая работа ПУ происходит аналогично.

В данном ПУ моменты запирания вентилей 1-8 обязательно совпадают с моментами времени, когда выпрямитель может быть переведен в инверторный режим, поэтому выходная частота ПУ ниже частоты питающей сети и при симметричной форме кривой выходного напряжения регулирование частоты может производиться только дискретно. С целью расширения диапазона регулирования частоты, увеличения плавности регулирования, а снятия ограничения на характер источника питания групповые коммутирующие вентили следует подключить к отводу от средней точки ИП через коммутирующий конденсатор или L-С цепь. Напряжение конденсатора должно быть больще величины Е/2, где Е - напряжение звена постоянного тока. Основные вентили этого ПУ работают в режиме проводимости 180 электрических градусов, иоэтому кривая напряжения ПУ инвариантна по отношению к величине Созф нагрузки при величине ,55.

Для запирания вентиля 1 подаются отпирающие импульсы на вентнли 7 и 11. Вентиль 1 запирается отрицательным анодным напряжением. Конденсатор перезаряжается током нагрузки. Когда напряжение на конденсаторе становится близким но абсолютной величине к начальному напряжению, но противоположным ему по знаку, нодается отпирающий импульс на вентиль 12. Вентиль 7 обесточивается и запирается, как только энергия дросселя передастся конденсатору, а загрузка вентиля 2 уменьшается на величину тока фазы А, поскольку этот ток теперь замыкается по цепи, образованной элементами 12, И. На вентиль 4 подастся дежурный отпирающий импульс, и он начинает проводить ток фазы А, как только ток предыдущей полуволны спадет до нуля.

Если емкость коммутирующего конденсатора выбрана из условия обеспечения отрицательного анодного напряжения на запираемом вентиле только на время восстановления вентильной прочности, то форма кривой напряжения ПУ аналогична форме кривой напряжения для устройства 1, но отличается существенно меньшей величиной ника коммутационного перенапряжения, что повышает использование этих вентилей по

напряжению примерно в 1,5 раза. При увеличении же величины коммутирующей емкости форма кривой напряжения от прямоугольной переходит к трапецендальной, и ее гармонический состав улучшается еще

больше.

На фиг. 4 приведена модификация схемы ПУ, где общие катоды и общие аноды вентилей 11 -16 отсоединены друг от друга и с помощью дополнительных «обратных управляемых или неуправляемых вентилей подключены к звену постоянного тока. Если в качестве обратных вентилей применены неуправляемые вентили, то для увеличения напряжения перезаряда коммутирующего

конденсатора целесообразно последовательно с ними включить небольшие дроссели.

Формула изобретения

1- Преобразовательное устройство со звеHOiM постоянного тока, содержащее основные вентили, соединенные по мостовой схеме, индивидуальные коммутирующие вентили, объединенные в анодную и катодную

группы и подключенные к ветвям упомянутой мостовой схемы, отличающееся тем, что, с целью приближения формы кривой напряжения к синусоидальной, общие точки упомянзтых групп с помощью групновых коммутирующих вентилей соединены с выводом для подключения промежуточного отвода источника питания через элемент связи. 2. Устройство по п. 1, отличающееся

тем, что, с целью расширения диапазона

регулирования частоты и увеличения илавности регулирования, в качестве -ка анпого элемента использована цепь, состоящая из конденсатора и дросселя.

3.Устройство ио пи. 1 и 2, о т л и ч а ющееся тем, что в качестве указаиного элемента использован конденсатор.

4.Устройство по пп. 1-3, отличающееся тем, что, с целью устранения зависимости формы кривой напряжения от коэффициента мощности нагрузки и рекуперации энергии в звено постоянного тока с сохранением знака его напряжения, общая точка каждой из упомянутых групп индивидуальных коммутирующих вентилей и подключенного к ней группового коммутирующего вентиля связана через вентиль с соответствующим полюсом звена постоянного тока.

5. Устройство -ио пп. 1-4, отличаюи1,ееся тем, что упомянутый вентиль выполнен управляемым.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 326691, кл. Н 02М 7/515.

2.Авторское свидетельство СССР № 396797, кл. Н 02М 7/515, 1.06.70.

/. t, t, f. Ill

I V

о

. i

Г