Преобразовательное устройство Советский патент 1980 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике - статкчес- КИМ преобразователям частоты со звеном постоянного тока, предназначенным для питания различных потребителей электрической энергии, а также для компенсирования реактивной мощности сети переменного тока. По основному авт. св. № 650182 известно преобразовательное устройство (ПУ) для питания электрических машин переменного тока, выполненное на основе инверторов напряжения, в котором ИНДЕВВ дуальные коммутирующие вентили использу,ются и как вентили реактивного тока Для этого они соединены в анодную и группы и включены между внешними выводами ПУ и групповыми коммутирующим вентилями. Для улучшения формы кривр1й:. выходного напряжения общие точки этих групп вентилей вспомогательными вентилями дополнительно подключены к отйо ду от средней точки источника питания : (ИП). При этом число коммутаций ПУ удваивается. Недостатком этого ПУ является то, что с увеличением числа вентилей и чис-, ла коммутаций подавление высших гармонических идет в нем недостаточно эффективно - до нуля снижается лишь одна из высших гармонических. Целью изобретения является более эффективное подавление высших гармонических в кривой выходного напражёния И 1 ИЛИ регулирования его величины. Эта цель достигается тем, что групповые вентили соединены с двумя, или несколькими промежуточными отводами ис- точника питания при делителя напряжения в звене постоянного тока. На фиг, 1, 2 приведены примеры выполнения схем трехфазного ПУ; на фиг. 3, 4 - приведены потенциальные диаграммы и линейных напряжений на выходе ПУ, на фиг. 5 - узел I фиг. 3.

Схема содержит 1(;3 - основные вон- нли, 7-12 - групповые KONMyTupyioие вентили 13, 14 - обратные диоь 15-20 - индивидуальные коммутт(уюшие вентили; 21-22 - источники оммутирующего напряжения {конденсаторы); 23-26, 27, 28 - вспомогательные вентили; 29-30 - вспомогательные дроссели, 31 - источник питания (при использовании Г1У в качестве компенса- тора реактивной мощности может быть

включен (фоссель или конденсатор)j

32 - нагрузку, 33-35 - потенциальные . диаграммы внешних выводов ПУ по отношению к средней точке ИП; 36- кривые линейного напряжения, В качестве источников коммутирующего напряжения (ИКН) могут быть использованы колебательные цепи, конденсаторы или какие-либо другие устройства, способные подавать знакопеременное напряжение к точкам 37-38, 37-39. В качестве основных вентиле и и групповых коммутирующих вентилей могут быть применены полностью управляемые вентили, например транзисторы. В этом случае конденсаторы 21 и 22 не нужны.

Пусть нагрузка симметричная с отстающим CosV - и в системе установился стационарный периодический процесс. Пусть в качестве ЖН используются конденсаторы 21, 22 и к исходному моменту tg (фиг. 2) ток проводят вентили I, 2, 20, 24 и конденсатор 21 заряжен

так что положительна его правая, обкладка. В момент to-подаются оптираюшие импульсы на вентили 7, 15, 9. Вентиль 1 запирается.

Для стабилизации времени перезарядки конденсатора независимо от величины нагрузки онновременно или с небольшим запаздыванием по отношению к импульсу вентиля 15 подается отпирающий импульс на противофазный ему вентиль 18. Благодаря этому помимо тока нагрузки конденсатор перезаряжается током колебательного контура 21-9-29-15-18-30-14-7-21.- Конденсатор может быть перезаряжен до напряжен}и определяемого,потенциалом точки 4О, точки 41 или до напряжения ИП. Выбор того или иного уровня напряжения перезаряда оппеделяется конкретными условиями.

Для простоты будем считать, что при каждой коммутации целесообразно перезаряжать до полного напряжения ИП при мпнимлльном времени перезаряда. При этих условиях время перезаряда наперед

известно. В момент сжончания перезаряда конденсатора 1ор подается отпирающий импульс на вентиль 10. Вентиль 24 сразу же запирается, а его ток с этого момента протекает по цепи 10-9-15. Спустя время восстановления вентильной прочности вентиля 24 в момент t о nona-i ется отпирающий импульс на вентиль 23. Вентиль 9 запирается. Конденсатор 22 перезаряжается по цепи 11-22-9 „29-15-18-30-10. Положительной становится его правая обкладка. Напряжение на конденсаторе становится равно напряжению ИП. Вентиль 12 запирается, а диод 14 отпирается. С этого момента ток фазы 43 попадает в фазу 42 по цепи 20-30-14-23-15 и может быть подан дежурный отпирающий импульс на вентиль 3. Он начнет проводить ток с момента, когда ток предыдущей полуволны фазы 43 спадет до нуля. До момента tj ток проводят вентили 2, 3, 23, ; 15. В момент ijj подается отпирающий

импульс на вентили 15, 9, 11, и вентиль 23 запирается. После перезаряда конденсатора 22 (теперь положительна левая обкладка) в момент t f 2 подается отпирающий импульс на вентиль 25 и он начинает проводить ток фазы 42. Теперь ток проводят вентили 2, 3, 15, 25. В момент 21 отпирают вентили 8, 10, 16, 19, и вентиль 2 запирается. Конденсатор перезаряжается и положительной становится его правая обкладка. К моменту окончания перезаряда t 2 подается отпирающий импульс на рентиль 9, и поскольку потенциал точки 41 ниже по.. тещхиала точки 37, вентиль 25 запирается. Ток фазы 42 замыкается по цепи 16-1О-9-29-15, а фазы 44 - частично по цепи 16-30-10-9-29-17, а частично по цепи 16-30-14-3. Спустя время восстаноЕшения вентильной прочности вентиля 25 в момент t 2.3 подается отпйрающий импульс на вентиль 26. Вентиль 1О запирается по цепи 10-26. Конденсатор 22 перезаряжается по цепи 9-29-19-16-30-14-11. Снова положительной становится его левая обкладка. Ток фа- зы 42 протекает навстречу ИП по цепи 16-30-14-13- 9-15. На вентиль подается отпирающий импульс, и он начинает работать в. .дежурном режиме. Дальнейшая работа ПУ идет аналогично. Конденсаторы 2i и 22, как и конденсаторы прототипа работают с трехкрат- ной частотой. Схема может работать и с одним конденсатором, но в этом случае его частота должна быть увеличегга. .,5; 7 При наличии у ИП отвода от С5тедкей точкй шсло коммутирукйцих вентилей может быт уменьшено путем исключения иа схемы вентилей 7, 8, 11, 12 и подключения точек 38 и 39 к точке 45 (фш% 2) напряжбнне перезаряда конденсаторов при этом рнизится. Для его увелшения до прежней или величины целесообразно диоды 13, 14 заменить на тиристоры, поскольку яапряженйе перезаря та конденсатора должно быть больше половины напряжения ИП. Одновременно .правая обкладка одного из конденсаторов 21 и 22 должна &лть отключена от точки 37 и отдельными вентилями подключе на к общим точкам вентилей 15-20, Такое подключение конденсаторов к отводу ИП позволяет уменьшить число тиристоров в схеме на два. Если юпряжение симметричных отводов точек 40н 41 ( U4o-4l выбрано таким, «s 0,465, где Е - напряжение ИП, то в кривой напряжения отсутствуют ближайшие пятая и седьмая гармоники. Относи- тельное содержание последующих гармо нйк (11-й, , 17-й, , 2..) обратно пропфционально их номеру. Еще большее приближение формы кривой выходного Напряження к синусоидальной может быть при увелкче НИИ числа отводов ИП ийй дёнйтепя напряжения на его выхода, Напрнмере схен ма фиг. 2 при трех отводах и без увеличения числа йентилей (по сравненшо с фиг, 1) поз&оляет помимо Б-Й и 7-й снизить более, чем в 1О раз еще 18-Ю и 19-JO гармоники. Содержание 11-й и гармоявк при этом почти не ме- няется, число коммутаций за период у;- также сохранено (12). Пусть, как и в предьцщгщем случае, 21 и 22 конденсаторы и характер нагруэ ки тот же. Пусть в рассматриваемый момент времени ток проводят вентйли 1, 2, 28, 20 и плюсовой заряд на правых обкладках обоих конденсаторов, В момент to (фиг. 4) подаются отпйрак г щие импульсы на вентили 7f 15, 9, Ю (последний целесообразно включать с небольшой задержкой). Вентиль 1 qpa«зу же запирается, а конденсатор 21 пернйзаряжается током, фазы 42 нагрузки. При снижении потенциала точки до величины Т Е/2 вентиль 28 aatij рается, а ток фазы 43 с этого момен- . та замыкается по цепи вентилей 2О, ip, 9, 15. Перезаряд конденсаторов 6 заканчивается при напряжении на нем, равном напряжению ИП. К этому моменту подается отпирающийимпульс на вен тиль 23, и он начинает проводить ток фазы 42, В момент t i подается отпи-раюший импульс на вентиль 11 и вентили 10 и 23 запираются. Ток фазы 43, протекающий под действием энергии ее магнитного поля, замыкается через диод 14 и цепь 22, С этого момента может быть подан отпирающий импульс на вентиль 3, который начнет проводить ток сразу же, как ток предыдущей полуволны фазы 43 спадает до нуля. Конденсатор 22 перезаряжается,и как только его.: напряжение становится равным напряжению ИП запирается вентиль 9. На вентиль 27 подается отпирающий импульс, и вентиль начинает проводить ток фазы 42. Теперь положительны левые обкладки обоих конденсаторов. Ток проводят вентили 2, 3, 15, 27. В момент t 2 подачей отпираюпшх импульсов отпираются вентили 8, 16, 9 Вентиль 2 сразу же запирается. Конденсатор 21 перезаряжается током фазы 44 и как тояько потенциал точки 37 повысится до величины, превышающей Е/2 запирается вентиль 27,.Ток фазы 42 замыкается по цепи фазы 44 и вентилей 16, 10, 9, 15. Дальнейшая работа ПУ происходит аналогично. При рассмотренном алгоритме управления интервалы времени включения вентилей 23 и 24, как и вентилей 25 и 26 совпадают, В эти же отрезки бремени включены вентильные цепочки 9, 10, поэтоКГу в данном случае наличие вентилей 24 и 25 не обязательно и они могут быть исключены. В этом случае число вентилей в обоих вариантах ПУ одинаково и древышает число вентилей прототипа всего на два вентиля. Если в прототипе для подавления до нуля одной, только 5-и гармоники пришлось ввести в схему четыре дополнительных вентиля то в данном ПУ, введя шесть дополнительных вентилей, удалось снизить почти до нуля одновременно еще 7-ю, .17-ю и 19-ю гармоники. Благодаря что в предложенных 1У коммутирующие конденсаторы за один перезаряд запирают и основной, и вспомогательный вентили, удалось при существенно лучшей по сравнейшб С прототипом форме кривой напряжения сохранить те же 12 коммутаций за период. -Следовательно 7-7 использование оОорудования заесь более высокоб. П)И иомеиенин ггродолжительнсх;тн вре мени .включения основных и вспомогатель ных венитло и можно регулировать величину испектр кривой выходного напряжения, чем в определенной мере можно стабилизировать величину напряжения при асимметрии нагрузки. В этом случае нужны все вспомогательные вентили указанные на фиг, 1, 2. При нагрузке с Сое У 0.87 для схемы фиг. 1 и Cosf 0.71 для схемы фиг. 2 и при отсутствии требования по рекуперации энергии нагрузки в сеть постоянного тока с сохранением знака ее напряжения диоды 13 и 14 могут быт исключены. При низком или меняющемся О8 напряжении ИИ коммутирук.шмо копдонсаторы целесообразно 1юдзаряжатй от отдельного или использовать для этой же цели реактивный ток нагрузки. ормула изобретен и Преобразовательное устройство по авт. св. № 650182, отличающееся тем, что, с целью более эффективного подавления высших гармонических в кривой выходного напряжения И/ИЛИ регулирования его величины, оно снабжено дополнительными групповыми вентилями, соединенными с выводами для подключения промежуточных отводов в зоне постоянного тока.

.$714596io i,iz 3

4

/

.,,

rnц pj

7

фиг 3

H

Г

I hH-l34

Г

Фиг.

tei

фиг.5