Преобразователь частоты Советский патент 1979 года по МПК H02M5/27 H02M7/515 

Изобретение опноснтся « области преобразовательной те.х-ники и может быть нспользовано при построении . непосредственных преобразователей частоты и инверторов. Известен непосредственный преобразователь частоты, описанный, чанрпмер, в 1. В нем к каждому из выходных вьшодов подключен один конец вспо.могательных встречно-параллельно соединенных тиристоров. Это позволяет повысить входной коэффидиент мощности преобразователя за счет обеспечения протекания реактивного то;ка лишь в фазах потребителя, минуя питающую сеть. Однако, недостатком такого преобразователя являются пониженные его энергетические показателя из-за необходимости приМененяя блоков принудительного запирания упомЯНЗтых встречно-параллельно соединениых управляемых вентилей. Целью -нзОбретения является злучшение энергетических показателей преобразователя частоты. Достигается это тем, что второй конец каждой из пар вспомогательных вентилей, .например тиристоров, подключен к одному из выходных выводо.в преобразователя, причем пары вспомогательных тиристоров образуют замкнутый треугольник. Это позоляет улучшить энергетические показателя за счет отказа от блоков принудительной коммутации. Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлено: на фигуре I - трехфазный мостовой преобразователь частоты с непосредственной связью, где - выпрямительные мосты, 7- 12 - вспомогательные вентили; ,на фигуре 2а - временная диаграмма управления тиристорами преобразователя частоты при на фигуре 26 - крийыо напряжений выпрямительных мостов }(13) и 2(14) при запирании тиристоров моста 1, где Ti(T2) - период входной (выходной) частоты преобразователя; Дг п - время задержки подачи отпирающих импульсов на тнристоры противофазных мостов. 0,55, при I iS M.,M. при COS г- О., Ф - угол сдвига между напряжением и током при включении нагрузки на синусоидальное напряжение;

ф - угол сдвига между напряжением и ТО.КОМ пр еобразователя,

ta - время Босстатовлеиия вентильной прочности тиристоров, Дги - время ра;боты моста в и.нверторном режиме,

ti - t& - моменты снижбния напряжения выпрямительных мостов для включения тиристоров 7-.12. t, - MOiMeHT подачи отпирающего

импульса на тиристор 7, момент начала работы т.иp iCTOpa 7,

,на фигуре 3 - трехфазный мостовой преобразо,ватель частоты со звеном постоянного тока, где - основные тиристоры,

26 - вспомогательные тиристоры; на фигуре 4 - кривые таков и напряжений преобразователя частоты по фиг. 3 (/,/2);

при иагрузке с cos ф - 0,55 (|фиг. 4а)

и при нагрузке с cos ф 0.55 (фиг. 46),

27(28) - напряжение (ток) фазы /4,

29- ток моста / (тиристора 15),

30- ток тиристора 2.1,

31- ток тиристора 26.

Низкие энергетические локазатели в преобразователях с непосредственной связью объясняются не только переменным углом регулирования вентилей, но и наличием иепрерывной гальванической связи между нагрузкой и источником питания, в результате чего, реа,ктиВ;Ная энергия нагрузки возвращается источнику питания.

Описываемое в данном изобретении устройство обеспечивает гальваническую Связь между нагрузкой и источником питания только в те интервалы времени, когда энергия поступает от сети к нагрузке.

После того, как в жа,кой-либо фазе нагруЗ(КИ образован избыток реактивной энергии, эту фазу отключают от сети и с помощью дополнительных вентильных связей подключают к другим фазам нагрузки, которые в это время потребляют энергию. .

Рассмотрим, например, широко известный трехфазный .мостовой преобразователь высокой частоты в низ;кую (фиг. 1). Преобразователь состоит из шести мостовых выпрямителей , каждый из которых формирует полуволну напряжения одной из фаз нагрузки, и шести вспомогательных управляемых вентилей .

Пусть тиристоры работают с полным открытием, нагрузка преобразователя активно-индуктивная, и в рассматриваемый момент Бремени работают мосты 1, 2 н 3. В момент времени, соответствующий изменению знака напряжения фазы Л нагрузка, снимают импульсы управления с вентилей моста /, и он, тем самым, переводится в

инверторный режи.м. В момент /-(фиг. 2) подают отпирающий импульс ни тиристор 7 ,и задерживают подачу отпирающего имнзльса на очередной вентиль моста 2 для снижения напряжения на выходе моста 2 до величины, обеспечивающей появление положительного анодного (Напряжения на тиристоре 7.

Анодное напряжение на тиристоре 7 в момент rl становится положительным и он начинает проводить ток фазы А.

.Вентили моста / .залирают(я. Напряжение моста 2 снова поднимаютдо полной величины. Ток фазы А, обусловленный запасом ее электромагнитной энергии, замыкается через фазу С и тиристор 7. Если к моменту спада тока ta до нуля подать отпирающие импульсы на Т1иристор1ы моста 4, последние вступят в работу, и то|к в фазе Л изменит направление. Через шестую часть периода выходной частот снимают отпирающие импульсы с моста 2. Он переводится в инверторный режим отпирают тиристор 8, снижают и снижаю; и снова поднимают напряжение моста 3. Тиристоры моста 2 запираются, а ток фазц С за.мы«ается через тиристор 5 и фазу В. Во время работы пиристора 5 чмогут быть поданы отпирающие импульсы на тиристоры моста 5 и последний вступит в работу kaK только ток фазы С спадет до нуля. Тиристор 8 закроется, и ток фазы С изменит |направление. Остальные мосты и вентили работают аналогично. Кривые токов и .ений преобразователя показаны на фкК 4.

Как известно, условия взаимАкомпенсации реактивной энергии фаз в трехфазном преобразователе зависят от величины cos ф нагрузки, поэтому можно выделить два режима работы. При cos ф 0,55 |к моменту отключения очередного моста успевает израсходоваться реактивная энерп я, накопленная ранее скоммутированной (фазой.

Кривые напряжения и токов для этого случая приведены на фиг. 46. При cos ф 0,55 к моменту отключения какого-либо моста не успевает израсходоваться энергия фазы, мост которой был ранее отключен. В этом случае необходимо задержать открытие тиристоров очередного мост, то есть уменьшить величину напряжения на нагрузке. При работе преобразователя на двигатель токи в фазах двигате; я в эти моменты времени будут формировать противо-ЭДС двигателя. Если величина продиво-ЭДС близка к величине с; ммарного падения напряжения на вентиля с и сопротивлениях обмотки двигателя (Ai/s), то характер тока в нагрузке практически не изменится и будет таким, как этс| показано на фиг. 4а. Если же противо-ЭДС) больше, чем At/v, то изменение тока в фазах в интервалы времени будет П1 оисходить более интенсивно и потому сами интервалы времени Д/п сократятся.

Как видно из фиг 4, наличие дополнительных вентильных связей приводит не только к полной взаимокомпенсации реактивной энергии фаз нагрузки преобразователя, но и к заметному уменьшению токовой загрузки мостов 1-6, особенно при низких cos ф нагрузки.

БлагОлТ,аря включению вентилей 7- 12 укорачиваются тракты, по которым протекает ток нагрузки в интервалы времени, когда токи и напряжения фаз имеют различные знаки. В результате в эти отрезки времени источник питания, сеть и вентили мостов не загружаются током нагрузки, и потому к.п.д. преобразователя также увеличивается.

Поскольку , то для регулирования напряжения при снижении частоты на выходе преобразователя удобно воспользоваться широтно-импульсным методом управления тирсторами мостов 1-6. В этом случае преобразователь будет работать с высоким коэффициентом мощности К ( при любом cos ф нагрузки.

Преобразователь частоты может работать и при переменном угле открытия вентилей МОСТОВ. И в этом случае реактивная энергия нагрузки будет передаваться из фазы в фазу. Естественно, в этом случае KM будет несколько ниже, чем при полном открытии вентилей.

Дополнительные вентили на выходе преобразователя могут быть применены не только в различных схемам преобразователей частоты в непосредственной связью, но и в схемах инверторов.

На фиг. 3 приведен пример такого инвертора (с естественной коммутацией вентилей), питающийся от управляемого выпрямителя (УВ). Инвертор содержит основные тиристоры и вспомогательные тиристоры . Пусть ток проводят тиристоры /5-н J7 и требуется запереть тиристор 15. Для его запирания с помощью выпрямителя УВ снижают напряи ение на входе инвертора до величины, при которой входной ток инвертора становится равным нулю. Если к этому времени отпереть тиристоры 21, 22, то токи во всех фазах сохранят свое направление, а тиристоры 15 - 17 будут обесточены. Будут они запираться или нет зависит от того, поданы или нет отпирающие импульсы. Поскольку нужно запереть только тиристоры 15, а тиристоры 16 и 17 должны остаться в работе, то на последние продолжают поступать (или вновь подаются) отпирающие импульсы. После восстановления вентильной прочности тиристора 15 напряжение на входе инвертора снова увеличивают. Тиристоры 16 и 17 опять начинают проводить ток, а тиристор 22 запирается. Тиристор 21 будет проводить ток фазы А, пока последний не спадет до нуля. Все это время через тиристор 16 будет протекать ток, меньший тока if. на величину тока г. Если к моменту

снижения тока i до нуля подать отпирающий импульс на тиристор 18, то ток в фазе А изменит направление. Теперь находятся в работе тиристоры 16.- 19. Когда настанет очередь запереть тиристор 16,

должно быть вновь снижено напряжение на входе инвертора и открыты вспомогательные тиристоры, на этот раз 22 и 23. После запирания тиристора 16 снова поднимают напряжение на входе инвертора,

тиристоры 17 и 18 продолжают проводить ток, а тиристор 23 закрывается. Работа последующих тиристоров происходит аналогично. Кривые токов и напряжений этого инвертора будут идентичны огибающим

кривых преобразователя частоты с непосредственной связью. Каки в первом случпе, при нагрузке с ,55 и числе фаз мостового преобразователя, равном трем, управление тиристорами должно производиться с помощью датчиков тока или каких-либо программных устройств, обеспечивающих з.адержку подачи отпирающего импульса на тиристор, противофазный запираемому.

Рассмотренные преобразователи могут найти широкое применение в регулируемых приводах. Высокие энергетические показатели и отсутствие компенсирующих конденсаторов делают преимущества этих преобразователей наибольшими при получении низких частот из частоты- 50 Гц. Первый тип преобразователя, видимо, более целесообразен для больших мощностей (в сотни и тысячи кВт.) Второй тип преобразователей проще и потому более целесообразен для меньших мощностей.

В преобразователях обоих типов тиристоры могут быть заменены на симисторы или полностью управляемые приборы. Логика управления и структура преобразователей при этом почти не изменится.

Формула изобретения

Преобразователь частоты, содержащий основные вентили и вспомогательные вентили, образующие встречно-параллельные пары, один конец каждой из которых подключен к одному из выходных выводов, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей, другой конец каждой из пар соединен со смежным выходным выводом.

Источник информации, принятый го

60 внимание при экспертизе:

. Авторское свидетельство СССР № 229677, кл. Н 02 М 5/27, 27.04.1966. ЯМ ТТТ ТПттИтП

Lillll,W М J.li Тй

г

U i, М I 5

I ij U/ 1 tj i« i |Tj 5 /г) it 12 7 8 Э W //

utn

4 I,

(.уг.

Т «у ут iw

УВ

Д,.цх1..кП

0-

л i i

27

.ii

ff

.«