Способ управления преобразователем частоты Советский патент 1980 года по МПК H02P13/30 

Изобретение относится к электротехнике, к способам статического преобразования трехфазного или однофазного тока про мышленной частоты в однофазный ток, име ющий регулируемую частоту и любую заданную форму, аппроксимируемую ступенчатой функцией. В частности, оно может быть использовано для создания мощных преобразователей трехфазного тока промышленной час тоты в однофазный синусоидальный ток регулируе.мой частоты в пределах от единиц до сотен Герц. Известен способ, решающий такую же функциональную задачу fl. Согласно этому способу вырабатывают напряХение ступенчатой формы, аппроксимирующей заданную кривую. Устройство, реализующее этот способ, потребляет от источника напряжения пита- ния пульсирующие с удвоенной выходной частотой ток и мощность, что требует установки на выходе источника питания конденсаторного фильтра. При больших Moittностях и низких выходных частотах преобразователя вес, стоимость и сложность эксплуатации конденсаторной батареи оказывается непомерно большими, а очень малое внутреннее сопротивление источника напряжения определяет весьма большие скорости нарастания токов короткого замыкания и требует использования сложных и Дорогих быстродействующих электронных схем зашиты вентильного преобразователя. Кроме того, при работе схемы в широком диапазоне регулирования выходной частоты требуется ступенчатая перенастройка фильтров при помощи системы коммутационных аппаратов. Отмеченные недостатки схем, в которых реализуется известный способ преобразования тока, приводят к снижению наде жиости устройств. Наиболее близким по технической суи ности и достигаемому результату к изобретению является способ, реализованный в устройстве, выполненном в виде нескольких инверторных ячеек на управляемых ключах с параллельно соединенными выходами и шинами питания, через дроссели индуктивности подключенными к разным источникам постоянного няпряження {,21. Известный способ управления этим устройством состоит в том, что на первой и на второй четвертях каждого полупериода выходного тока многоступенчатой формы через интервалы времени, равные длительности соответствующих его ступеней, последовательно включают те ключи разных инверторньк ячеек, которые одними концами подключены к одному выходному выводу преобразователя и образуют его группы,. Недостатки такого способа управленкя появляются при его аппаратурной реализации. Целью изобретения является уменьшение влияния на питающую сеть и повышение функциональной надежности при аппара турной реализации повышенных мощностей преобразования. Это достигается тем, что в способе управления преобразователем частоты смеж ные ключи каждой инверторной ячейки, связанные с одним и тем же выхЬдным выводом соответствующего источника напряжения, переключают в противотакте, а во вто рой четверти каждого полупериода выходного тока включают в упомянутом порядке, но в обратной последовательности клю чи инверторных ячеек смежной группы, точки соединения одних кондов которых об разуют тот же выходной вывод преобразователя, Сущность предлагаемого способа преоб разования тока заключается в питании нагрузки от источников энергии с большим внутренним сопротивлением, т,е, от источников тока, что обеспечивается наличием в юс цепи соответствующей индуктивности. При формировании полуволны выходного тока вначале источники подключают поочередно и параллельно друг другу к нагрузке, а затем поочередно отключают от нее, замыкая их накоротко. В результате на протяжении полуволны ток в нагрузке вначале увеличивают, а затем уменьша ют ступенями, аппроксимируя заданную кривую тока. Каждый источник тока работает либо в режиме короткого замыкания, либо в режиме питания нагрузки. Реализация предлагаемого способа возможна, например, в преобразователе трехфазного тока в однофазный

На фиг. 1 изображена схема трехфазно-однофазного преобразователя с трех7

ратной полуволны тока путем размыкания ключей 10, 14, 18, 19, 15, 11 и замы кания ключей 8, 12, 16, 17, 13, 9, 524 ступенчатой формой кривой выходного тока; на фиг, 2а изображен упрошенный вариант схемы преобразователя|на фиг, 2б - кривые токов t напряжений U и мощностей Р для этой схемы; на фиг, 2в кривые t,U, Ра схеме преобразователя с трехступенчатой формой выходного тока; на фиг, 3 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя с трехступенчатой формой выходного напряжения. Формирование выходного тока трехступенчатой формы по описанному способу может производиться с помощью преобра- зователя, содержащего силовой трансформатор 1 выпрямителя, выпрямители 2j 3 и 4 источников тока, сглаживающие дроссели 5,6 и 7 источников тока, ключи 8- 19 (полностью управляемые в Нтили) и нагрузку 20, Каждый выпрямитель 2, 3 и 4 имеет два режима работы; на цепь, состоящую из нагрузки и сглаживающего Дросселя, и на цепь, состояшую только из сглаживающего дросселя. При этом индуктивность дросселей выбрана настолько большой, что при самой низкой выходной частоте обеспечивается незначитеатьная пульсация тока, потребляемого от выпрямителей. Коммутацию тока ключами (вентилями) при аппроксимировании тока синусоидальной формы производят в следующем порядке, В промежутке времени О - t (см. фиг. З) замыкают ключи 8, 12 и 16 и 9, 13 и 17, т,е, все три выпрямителя замыкают на сглаживающие дроссели, В момент t замыкают ключ 10 и размыкают ключ 8, в результате чего ток выпрямителя 2 начинает протекать через нагрузку 2О, В моменты времени 2, и t замыкают ключи 14 и 18 и размыкают 12 и 16 J подключая к нагрузке вначале выпрямитель 3, а затем - выпрямитель 4. В момент t замыкают ключ 19 и размыкают ключ 17, Врезультате чего третий выпрямитель отключают от нагрузки и замыкают на сглаживающий дроссель, в моменты t и t, замыканием ключей 15 и 11 и размыканием 13 и 9 поочередно отключают от нагрузки и замыкают на дроссели второй и первый выпрямители. В промежутке tg и ty все вьтрямители работают на сглаживающие дроссели. в момент t начинают формирование об57Ось 3-1 - упрпвляюшио отпирающие (наа осью) и запирающие (под осью) импульсы соответствующих обозначениям lit IX. 1 вующил ииил1анении ключей (вентилей); ось 3-2 1ц U и напряжение нагрузки; ) - пе| гармоники тока и напряжения нагрузки; оси 3-3 ; 3-14 - алгоритмы переключения ключей. Проследим энергетические соотношения в упрошенной схеме преобразователя, на выходе которого получают напр5гженив пря моугольной формы (фиг. 2а). Выпрямитель, замешейный источником напряжения Е, питает через дроссель L однофазный мост, Ъ плечах которого име- ются идеальные ключи К1-К4. Когда зам круты нечетные ключи, ток 1 в омической нагрузке R имеет обозначенное направление. При замкнутых ключах К1 иК2 ил КЗ и К4 ток в омической нагрузке равен нулю При замкнутых четных ключах ток в нагрузке имеет противоположное направление. Величина индуктивности дросселя выбирается такой, чтобы обеспечить задан ную допустимую пульсацию тока, а следовательно, мощность, потребляемую от выпрямителя. При конечной индуктивности Ij и н т ток и напряжение нагрузк R L. Uu будут ид4еть форму, близкую к тра- r-t пецьидальной (ось О). При этом условии ток ,, потребляемый от выпрямителя, имеет переменную составляющую треуголь ной формы. В промежутках, когда питается нагрузка, ток выпрямителя L d падает а в промежутках замыкания выпрямителя только на дроссель (замкнуты ключи К1, К2 или КЗ и К4) возрастает. В промежутках, когда питается нагрузка, вследствие уменьшения тока id- на дросселе возникает напряжение и совпадаю- шее по направлению с напр1гжением выпря мителя Е, и амплитуда напржкения на на- нагрузке равна Е -L.Таким образом, в этих промежутках электромагнитная энергия, запасенная в дросселе, расходует ся, выделяясь на нагрузке, т.е. добавляется к энергии, потребляемой от выпрямителя. В промежутках, когда питание нагрузки не производится, а выпрямитель замкнут на дроссель L (в паузах между блоками), ток выпрямителя возрастает со скоростью и электромагнитная энергия дросселя увеличивается за счет потребления энергии от выпрямителя. - ток первые 526 Иппряжение. UQ|J на входных зпжимах мостя, п следовательно, и мощность Е ,-потрсбляе шя инвертором и выделяемая на нагрузке (если пренебречь пульсацией тока t d ), показаны на оси 0. На оси 0ц построена кривая напряжения и мощности Р на дросселе L . Мощлость, выделяемая на нагрузке, и мощность дросселя Р. , F 1 - FJ Conbt . Дроссель является аккумулятором энергии, который запасает энергию, потребляя ток от выпрямителя в паузах между блоками тока нагрузки и отдает энергию в нагрузку, уменьшая ток, потребляемый от выпрямителя, в промежутках питания нагрузки. На фш. 2в показаны диаграммы мощностей преобразователя. Диаграммы показывают, что моишость, потребляемая из сети, переменного тока Р, (мощность выпрямителя), практически постоянна и находится на уровне среднего значения пульсирующей мощности нагрузки R , а мгновенная разность между постоянной мощностью, потребляемой из сети, и мощностью на нагрузке, уравновешивается знакопеременной реактивной мощностью дросселей. Технико-экономические преимущества устройств, выполненных по предлагаемому способу, заключаются в увеличении надежности за счет снижения велич1шы токов короткого замыкания и уменьшения влияния на питающую сеть. Формула изобретения Способ управления преобразователем частоты, выполненным в виде нескольких инверторных ячеек на управляемых ключах с параллельно соединенными выходными выводами и шинами питания, через дроссели индуктивности подключенными к разным источникам постоянного напряжения, путем последовательного включения на первой и на второй четвертях каждого полупериода выходного тока многоступенчатой формы через интервалы времени, равные длительности соответствующих его ступеней, тех ключей разных инверторных ячеек, которые одними концами подключены к одному выходному выводу преобразователя и образуют его группы, отличающийся тем, что, с целью уменьшения влияния на питающую сеть и повыщения функциональной надежности при аппаратурной реализации повыщенных мощностей преобразования, смежные ключи каждой инверторной ячейки, связанные с

оопим и тем же выходным выводом соот ветствуюшего источника напряжения, пе реключают в противотакте, а во второй чет septH каждого полупериода выходного тока включают в упомянутом порядке, но в обратной последовательности ключи инвертЬрных ячеек смежной группы, точки соединения одних концов которых образуют тот же выходной вывод преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Лёкоргийс Ж, Управляемые электрические вентили и их применение, М„ Энергия, 1971, с. 399.

2.Авторское свидетельство СССР № 414693, кл. Н 02 М 5/48, 1974.

./J

/7

ч/

.16

2Q

н

-с

18