Реверсивный тиристорный преобразователь частоты Советский патент 1979 года по МПК H02M5/44 H02P7/62 

(54.) РЕВЕРСИВНЫЙ ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к области преобразовательной техники в может быть использовано при создании иысокоэконо- мичных, с улучшенными динамическими ха рактеристиками, реверсивных тиристорных преобразователей частоты для пятанйя электродвигателей переменного тока. При работе многих механизмов требуе ся высокая динамика привода с большим количеством пусков и торможений. В это случае целесообразно, с точки зренвя обеспечения высоких энергетических показателей, использовать статические тиристорныё преобразователи частоты реализующие частотный пуск и частотное (генераториое) торможение электродвига- геля с рекуперацией энергии двигателя в питающую сеть. В преобразователях частоты на базе автономного инвертора напряжения реализация частотного рекуперативного торможения электродвигателя связана с сущест венными усложнениями схемы. Известна схема электропривода переменного тока на базе автономного инвер - тора напряжения с широтно-импульсным регулированием выходного напряжения, обеспечивающая двигательный и генераторный режим асинхронного электродвигателя l. Рекуперация энергии элeктpo даигaтeля при генераторном торможении осуществляется с помоьчью дополнительного, ведомого сетью инвертора, подключенного через дополнительные реакторы к шинам постоянного тока автономного инвертора, а шинами переменного тока через трансформатор - к питающей сети. В преобразователе для питания актив но-индуктивной нагрузки энергия электродвигателя, в генераторном режиме рекуперируется в питающую сеть с помощью дополнительного ведомогосетью инвертора, подключенного шинами постоянного тока к мостовой схеме обратных вентилей 2. Известен также статический преобразователь частоты, который содержит регулируемый выпрямитель, сглаживающий индуктивно емкостной фильтр, автономный шшертор напряжения, группу обратных вен телей и дополнительный ведомый сетью инвертор, подключенный через вспомогательный трансформатор к питающей сети Общие катоды и общие аноды мостовой схемы обратных вентилей отключены от шин постоянного тока автономного инв тора в подключены к шинам постоянного тока ведомого сетью инвертора. Реактивная энергия двигателя в двига тельном режиме и энергия двигателя в режиме генераторного торможения через обратные диоды и ведомый сетью инвертор возвращается в питаюшую сеть. Таким образом данный преобразователь обес печивает работу электродвигателя как в двигательном, так и генераторном режимах с высокими динамическими показателями. Основным недостатком известного пре образователя является существенно услож нение преобразователя, обусловленное необходимостью установки дополнительного ведомого сетью инвертора с системой управления. В процессе работы преобразователя угол регулирования ведомого сетью 1швер тора должен быть жестко связан с углом регулирования входного выпрямителя и напряжением питания электродвигателя. Вторым недостатком преобразователя является усложнение системы регулирования преобразователя, обусловленное согла сованием характеристик входного выпрями теля и ведомого сетью инвертора. Цель изобретения - упрощение и улучшение динамических характеристик преобразователя частоты при реверсировании и генераторном торможении электродвигател Эта цель достигается тем,что выводы постоянного тока управляемого выпрямителя, один непосредственно, а другой чере сглаживающий дроссель фильтра подключены к выводам постоянного тока автономного штертора напряжения и конденсатору фильтра через дополнительно введенную мостовую однофазную тиристорную схему, к общим анодам в общим катодам тиристоров которой подключены, соответственно положительный и отрицательный выводы управляемого выпрямителя. На фиг. 1 приведена схема реверсивного преобразователя с системой регули рованая, содержащая управляемый выпря мвтель 1, 2 - сглаживающий дроссель 2 фильтра, тиристоры 3, 4, 5, 6 дополнительной однофазной мостовой схемы, конденсатор 7 фильтра, мостовую схему 8 диодов обратного тока (обратные вентили), мостовую схему 9 тиристоров автономного инвертора с устройствами их принудительного выключения, асинхронный электродвигатель 10, датчик скорости 11, датчики 12 входного тока, блок токоограничения 13, регулятор напряжения 14, согласутоший усилитель 15, датчик 16 выходного тока выпрямителя, устройство 17 управления работой тиристоров мостовой однофазной схемы, регулятор частоты 18, задатчик интенсивности 19, блок 20 обратной связи по электродвижущей силе двигателя, датчики 21 выходного тока преобразователя. Пл;эсовая щина управляемого выпрямителя 1 через дроссель фильтра 2 соединена с анодами тиристоров 3 и 5, катоды которых соединены с анодами тиристоров 4 и 6 соответственно, а катоды последних - с минусной щиной управляемого выпрямителя. Плюсовая обкладка конденсатора 7 фильтра и плюсовая щина автономного инвертора напряжения, состоящего из мостовой схемы основных тиристоров с устройствами их принудительного выключения 9 и мостовой схемы диодов обратного тока 8, подключены к общей точке катода тиристора 5 и анода тиристора 6, а минусовая обкладка конденсатора фильтра и минусовая шина автономного инвертора напряжения подключены к общей точке катода тиристора 3 и анода тиристора 4. Сигнал задания ( Оздд) суммируется с сигналом обратной связи по скорости ( U o(j. ) и подается на входы устройства управления работой тиристоров мостовой схемы 17 и задатчнка интенсивности, с выхода которого сигнал поступает на регулятор частоты 18, и после суммирования с сигналом блока обратной связи по ЭДС 20 - на согласующий усилитель 15 и далее на регулятор напряжения 14. Вы-, ходные сигналы блоков 14 и 18 в им« пульсном виде поступают на тиристоры выпрямителя 1 а инвертора 9. С выхода устройства 17 сигналы в импульсном виде или в виде постоянного напряжения поступают на тирисгоры 3 и 6 или 4 и 5 в зависимости от-, режима работы электродвигателя 10. Преобразователь работает следующим образом. 56 Для обеспечения двигательного режима асинхронной машины 10, необходимо подать импульсы управления на тирвсто- ры управляемого выпрямителя 1, угол ре гулирования которого должен соответство вать выпрямительному режиму, на- тиристоры автономного инвертора 9 и тиристоры 4, 5 однофазной мостовой схемы. При этом процессы в силовой схеме преобразователя (интервал времени-fc -t фиг. 2 не отличаются от процессов в силовых схемах известных преобразователей на базе автономных инверторов напряжения. Силовой ток от управляемого выпрямителя к электродвигателю в любой момент времени протекает по цепи: плюсовая шина 1 - дроссель 2 фильтра - тиристор 5 тиристор автономного инвертора 9, статорньте обмотки двигателя 10 - тиристор автономного инвертора 9 - тиристор 4 - минусовая шина 1. Реактивная энергия электродвигателя перераспределяется меж ду статсфнымн обмотками, а при низком коэффициенте мощности нагрузки поступает в конденсатор фильтра 7, При переводе электродвигателя в режим генераторного (частотного) торможения для рекуперации энергии двигателя в питающую сеть необходимо прекратить подачу импульсов управления на тиристоры 4 и. 5 и подать импульсы управления на тиристоры 3 и 6 мостовой схемы и перевести управляемый .выпрямитель в ре жим ведомого сетью инвертора, При этом к тиристором 4 и 5 прикладывается напряжение конденсатора 7 филь ра в обратном направлении и они принуди тельно выключаются, а ток электродвигателя протекает по цепи: статорная обмот- ка двигателя 10 - диод обратного тока 8 - тиристор 6 - тиристор выпрямителя 1 - питающая сеть - тиристор 3 - диод обратного тока 8 - статорная обмотка двигателя 10. В режиме торможения автономный инвертор 9 работает в режиме компенсированного выпрямителя, а его основные тиристоры проводят только ток возбуждения асинхронного генератора, направление ко- торого в звене постоянного тока инвертора остается прежним. По окончании торможения (частота напряжения питания электродвигателя не сн жается) для возврата преобразователя в исходное состояние первоначально необходимо снять импульсы управления с тирнсгоров 3 и 6 (момент времени 64 236 фнг. 2). При эгом к гнрнсторам выпрямителя и тиристорам 3 и 6 однофазной мостовой схемы в обратном направлении прикладывается напряженна питаюшей сети (входной выпрямитель в режиме ведомого сетью инвертора) н тиристоры 3 и 6 принудительно выключаются. Через интервал времени, требует 1ый для восстановления запрещающих свойств указанных тиристоров, необходимо подать иямульсы управления на тиристоры 4 и 5 мостовой схемы, а при переводе управляемого выпрямителя 1 в выпрямительный режим по обмоткам статора протекает силовой ток и на валу двигателя возникает вращающий момент. На фкг. 1 приведена схема тиристорного преобразователя частоты с системой регул 1фования, реализующей режим постоянства магнитного потока .со стабилизацией скорости электродвигателя и предусматривающей отрицательную обратную связь по ЭДС двигателя, а также обратную связь по скорости. Система обеспечивает автоматический перевод преобразователя в режим рекуперации при генераторном торможении двигателя. Рассмотрим работу системы в описанных режимах. В двигательном режиме асинхронной машинь сигнал обратной связи но скорости и осе меньще сигнала задания Озслд. При этом с выхода устройства 17 импульсы управления поступают только на тиристоры 4 и 5. При переводе электродвигателя в генераторный режим в первоначальный момент (ig фиг, 2) и осе и и ос (ЭДС) остаются неизменными, поэтому с выхода устройства 17 импульсы управления поступают только на тиристоры 3 и 6, а импульсы управления тиристорами выпрямителя перемешаются в зону, соответствующую инверторному режиму. При включении тиристоров 3 и 6 и выключении тиристоров 5 и 4 вследствие увеличения тока Л и Зо увеличивается сигнал датчиков тока 12 и при достижении величины уставки вступает в работу блок токоограничения 13, который переводит выпрямитель 1 {фиг. 1) в режим ведомого инвертора и в дальнейшем автоматически управляет работой выпрямителя таким образом, что ток следовательно и токи Dg и процессе торможения неизменны и определяются уставкой блока токоограничения. При возврате преобразователя в исход нов состояние ( ) сначала сни маются импульсы управления с тврасто- ров 3 и 6, а спустя время задержки по отношению к моменту уменьшения тока до нуля (сигнал датчика 14 равен нулю фиг. 2) подаются импульсы управления на тиристоры 4 и 5. Формула изобретения 1. Реверсивный тиристорный преобразователь частоты для регулирования скорости двигателей переменного тока, состо ящий из управляемого выпрямителя, автономного инвертора и LC -фильтра, включенного на стороне постоянного тока;о т личаюшийся тем, что, с целью упрощения и улучшения динамических характеристик преобразователя при реверсировании и торможении двигателя, выводы постоянного тока управляемого выпрямителя подключены к выводам постоянного тока автономного инвертора и конденсатору LC -фильтра через дополнительно введенную однофазную мостовую тиристорную схему, к обш.им анодам и общим катодам тиристоров которой подключены, соответственно, положительный и отрвщательвый выводы. 2. Реверсивный тиристорный преобрааователь частот по п. 1, отличают н и с я тем, что дроссель ЦС -фильтра включен между выводами постоянного тока выпрямителя и однофазной мостовой схемой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе i.Bt-own BoveH MitteiEunp en, 1961, 51, № 8-9. 2. Патент ФРГ № 2035262, кл. 21 d 12/O2, 1970. 2. Авторское свидетельство СССР № 238656, кл. Н О2 М 5/44, 1966, (прототип).

Фиг.1