Непосредственный преобразователь частоты Советский патент 1979 года по МПК H02M5/27 

(54) НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

1

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано, например, при комплексном подходе к построению частотно управляемых электроприводов.

Известны преобразователи, выполненные на базе многообмоточных трансформаторов и диодных мостов, нагруженных на полностью управляемые ключи 1, 2.

Негативным свойством первого преобразователя является повышенное напряжение на его элементах, а второй преобразователь, не имеющий этого недостатка, сравнительно сложен 2.

Наиболее близким по совокупности совпадающих существенных признаков является техническое решение, где преобразователь содержит многофазный (трехфазный)трансформатор с двумя многофазными (трехфазными) обмотками, которые одними расположенными концами подключены ко входам многофазных (трехфазных) диодных мостов, нагруженных на полностью управляемые ключи, выполненные, например, в виде тиристоров с блоком принудительной коммутации, причем входы многофазных (трехфазных) диодных мостов образуют выходные выводы преобразователя 3.

.Однако для этого преобразователя также характерны перенапряжения на его эле.ментах, что требует применения высокого класса полупроводниковых приборов, удорожает и снижает его надежность.

Ни.же описываемое рещение отличается от указанного известного тем, что другие концы одной из многофазных обмоток трансформатора образуют входные выводы для подключения преобразователя к сети, а концы другой многофазной обмотки объединены.

Сущность предложения поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная электрическая схема трехфазного преобразователя частоты. Преобразователь состоит из трехфазного (в обще.м случае многофазного) трансфор.матора с первичной 1 и вторичной 2 трехфазными обмотками, трехфазного диодного моста 3, защунтированного ключом в виде цепочки из тиристора 4 и индуктивности 5, а также трехфазного диодного моста 6, защунтированного ключом в виде цепочки из тиристора 7 и индуктивности 8: между анодами тиристоров включен коммутирующий конденсатор 9, а между их катодами - коммутирующий конденсатор 10. Отдельнь(е фазы многофазного трансфор матора и нагрузки 11 (например, обмотка статора асинхронного двигателя с коротко замкнутым ротором Р) соединены пофазно последовательно между имеющими согласную магнитную связь первичной 1 и вторичной 2 обмотками трансформатора; другие концы первичной обмотки 1 трансформатора подключены к питающей сети переменного тока, а концы вторичной обмотки 2 объединены в общую нулевую точку. Об щие точки фаз первичной обмотки 1 трансформатора и нагрузки 11 соединены со входом переменного тока диодного моста 3, а общие точки вторичной обмотки 2 и нагрузки И - со входом переменного тока диодного моста 6. Особенность работы данного преобразователя заключается в том, что трансформатор переменного с частотой переключения тиристоров работает в двух режимах; в режиме трансформатора напряжения и в режиме трансформатора тока. При этом токи в первичной и вторичной обмотках трансформатора протекают непрерывно, что позволяет исключить вредное влияние индуктивности рассеяния трансформаторов и снизить вдвое напряжение на полупроводниках элементов преобразователя. Преобразователь частоты работает следующим образом. После подачи импульса на управляющий вход тиристора 4 происходит закорачивание диагонали постоянного тока моста 3 и одноименные зажимы нагрузки 11, так же, как и первичной обмотки 1 трансформатора,замыкаются в общую нулевую точку. Вследствие этого первичная обмотка 1 трансформатора оказывается подключенной по всему напряжению питающей сети, что приведет к наведению во вторичной обмотке 2 трансформатора напряжения, примерно равного сетевому (если выбрать одинаковое число витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора). Соединенная в звезду нагрузка таким образом является подключенной к зажимам вторичной 2 обмотки трансформатора, работающего в этот интервал времени в режиме трансформатора напряжения. Благодаря напряжению обмотки 2 на входе моста 6 происходит заряд коммутирующих конденсаторов 9, 10 до напряжения с полярностью, показанной без скобок по цепи, содержащей тиристор 4. Через половину периода коммутации подают отпирающий импульс на управляющий вход тиристора 7. В результате его отпирания к ранее открытому тиристору 4 прикладывается напряжение обратной полярности конденсаторов 9, 10, что приводит к запиранию тиристора 4. Одновременно происходит перезаряд конденсаторов через дроссели 5, 8, диодный мост 3, обмотку 1 и питающую сеть, а также тиристор 7 до полярности, показанной в скобках. Теперь у нагрузки оказываются замкнутыми накоротко другие зажимы, одновременно закорачивается обмотка 2 трансформатора, в результате чего в много раз уменьщается падение напряжения на обмотке 1 и потому практически все напряжение питающей сети оказывается приложенным к нагрузке П. При этом напряжение на нагрузке имеет фазу, противоположную фазе в предществующем интервале коммутации. Трансформатор в этот интервал времени работает в режиме трансформатора тока. Основная составляющая выходного напряжения имеет частоту, равную разности частоты сети и частоты циклов коммутации. При подаче отпирающего импульса на тиристор 4 тиристор 7 запирается и процессы повторяются. В предлагаемом преобразователе при прочих равных условиях среднее значение магнитного потока в магнитной системе трансформатора уменьшается вдвое по сравнению с прототипом 3. Это обусловлено особенностью работы предлагаемого преобразователя, где передача электромагнитной энергии от питающей сети к нагрузке происходит в первую половину цикла коммутации трансформированием через магнитную систему трансформатора, а во вторую половину - непосредственно от питающей сети, поскольку магнитный поток в закороченных обмотках трансформатора в этом случае оказывается равным нулю. Если выбрать одинаковыми поперечные сечения магнитопроводов трансформаторов предлагаемого и известного 3 преобразователей, то число витков каждой из об.моток трансформатора предлагаемого преобразователя может быть выбрано в два раза меньще числа витков каждой из секций обмотки автотрансформатора указанного известного преобразователя. Из изложенного следует, что по массогабаритным показателям трансформаторов в силовой части предлагаемый преобразователь имеет преимущества перед известны.м. Вместе с тем, описываемый преобразователь поаволяет уменьшить вдвое обратные напряжения на полупроводниковых элементах при их обесточенном состоянии, что повыщает надежность предлагаемого преобразователя частоты. Повышению надежности отвечает также непрерывность тока, которая имеет место во всех электромагнитных элементах преобразователя. Следует также отметить особенность преобразователя, состоящую в том, что при равенстве витков обмоток трансформатора фазное выходное напряжение преобразователя меньше фазного напряжения сети в 1/2 раз. При этом трансформатор выполняет функцию снижения перенапряжеНИИ на элементах, не позволяя за счет коэффициента трансформации получить требуемое значение выходного напряжения. Это определяет в частности целесообразну ю область применения преобразователя. Это те случаи, где требуется преобразование повышенного напряжения и возможно специальное изготовление двигателя. Формула изобретения Непосредственный преобразователь частоты, содержащий многофазный трансформатор с двумя многофазными обмотками, которые одними разноплечими концами подключены ко входам многофазных диодных мостов, нагруженных на полностью управляемые ключи, выполненные, например, в виде тиристоров с блоком принудительной комJf

1

д

- д

в

.- Iff мутации, причем входы многофазных диодных мостов образуют выходные выводы преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности за счет уменьшения перенапряжений на его элементах, другие концы одной из многофазных обмоток образуют входные выводы для подключения преобразователя к сети, а концы другой многофазной обмотки объединены. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 133950, кл. 21 d2 14/02, 1952. 2.Авторское свидетельство СССР Хо 256053, кл. 21 d2 14/02, 1968. 3.Фокин В. А. и др. Трехфазный тиристорный преобразователь инфранизкой выхрдной частоты. Изв. вузов. «Энергетика, № 8, 1972.