Преобразователь частоты Советский патент 1980 года по МПК H02M7/515 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам преобразования ч&сготы с использованием венти лей и предназначено для питания потребителей с резкой изменяющейся нагрузко например, для систем электроснабжения на повышенных частотах, цехе©, заводов и щэугих объектов, как наземных, так и наход$пцихся в других средах. Известны преобразсжатели частоты, в которых для стабилизации выходного напряжения применены устройства регули рования реактивной мощности. Динамические свойства таких преобразователей и жесткость внешней характеристики при резко изменяющейся нагрузке определяются параметрами системы управления регулятора реактивной мощности Ш и При этом, в силу инерционности систе мы управления в преобразователях с ука занным устройством стабилизации выходHoto напряжения может Наблюдаться уменьшение угла восстановления запирания при резких изменениях нагрузки (особенно при набросах нагрузки). Это обуславливает низкую коммутационную устойчивость преобразователя. С помощью быстродействующих автоматических регуляторов можно понизить степень изменения угла восстановления запирания в переходных режимах, однако создание быстродействующего автоматического регулятора является сложной задачей и обусловлено физической природой процессов, протекающих -в указанных преобразователях. Известен также преобразователь частоты, содержащий сглаживающий дроссейь в цепи питания, мост основных тиристоров, между выходными вьтодами которого включены коммутирующие конденсаторы с параллельно подключенным к ним тиристорно-дроссельным регулятором, а также задающий генератор и блок обратной связи, включающий в себя блок управления тиристорно-дроссельного регулятора, включенный между выходными, выводами моста основных тиртюторов и утфавляющими входами тиристорно-дроссельного регулятора Преобразователь снабжен также Датчиками состо шия вен т,илеЙ и логическим устройством. Кроме этого, дроссель на входе преобразователя зашунтирбван последовательной цепочкой, состоящей из дросселя, резистора и тйрШтбра, цепь управления которого че|DeW дополнительные датчики напряжения подключена к входу преобразователя. Дан ный преобразователь имеет улучшенные эксплуатационные характеристики. Однако ему присущи в целом те же самые недостатки, такие как низкое быстродействие и неустойчивость при работе на нагрузку и резко изменяющимися параметрами. Кроме этого отсутствует контроль за углом восстановления аапирвния, что обусиавливает низкую коммутадионную устойчивость, I Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов, повышение быстродействия и функциональной надежности. Указанная цепь достигается тем что преобразователь частоты, содержащий , Ьглажйвающий дроссель в цепи питания, мост основных тиристоров, между выходными вьтодамй которого включены коммутирующие конденсаторь1г с параллельно подключенным к 1аим тиристорно-дроссельным регулятором, а также задающий генератор и блок обратной связ}1, вкпюча киций в себя блок управления тиристорно дроссельного регулятора, снабжен мосто диодов обратного тока, выводы постоянного тока которого Подключены к выводам постоянного тока моста основных тиристоров, вЫводй переменного тбКа подключены через дроссели к выходным втйбодам моста основных тиристоров, а блок обратной связи снабжен датчиком . угла восстановления запирания и логическим блоком в виде щести двухвходовых логических элементов И,- причем вхо ды датчика угла восстановления запирания подключены к выходньш выводам , мостаосновных тиристоров, выход этого Датчика подключен к одному из входо шести двухвходовьсс логических элементов И, вторые входы каждого из которьс подключены к соответствующему выходу блока управления тиристорно-дросселЬ Hof 01)ёгулятора, датчйК угяа шсс-гйновления запирания вьшолнен в виде трехфазного трансформатора, первич11ая обмотка которого образует входные вьгооды датч1€ка угла восстановления запираия, вспомогательного трехфазного тирисорного моста, к вьшоДам переменного ока которого подключена вторичная об-. мотка трехфазного трансформатора, а к управляющим выводам подклкЗчен выход задающего генератора, последовательно соединенных формирователя прямоугольных импульсов, генератора линейно измеН)яющегося напряжения, порогового элемента, ждущего мультивибратора, логического элемента НЕ, причем вход формирователя прямоугольных импульсов подключен к выводам постоямного тока вспомогательного трехфазного тиристорного моста, а выход логического элемента НЕ образует выход датчика угла восстановления . На фиг. 1 изображена схема преобразователя частоты, на фиг. 2 показано распределение импульсов управления оснойными тиристорами преобразователя и тиристорами датчика угла восстановления запирания, на фиг. 3 даны эпюры напряжений, поясняющие принцип работы датчика угла восстановления запирания. Преобразователь частоты содержит сглаживающий дроссель 1 в цепи питания, мост основных тиристоров 2-7, между выходными вьтодамй которого включены коммутирующие конденсаторы 8-1О с параллельно подключенным к ним тиристорно-дроссельным регулятором 11, а также задающий генератор 12 и блок- 13 обратной связи, включающий в себя блок 14 управления тиристорно дроссельного регулятора. Преобразователь .частоты снабжен мостом диодов обратного тока 15-2О, Bbmo/if ды постоянного тока которого подключены к выводам постоянного тока моста .основных тиристоров 2-7, выводы переменно- го тока подключены через дроссели 2123 к выходаым вьюодам моста основных тиристоров. Блок обратной .связи 13 снабжен датчиком 24 угла восстановления запирания и логическим блоком 25 в виде шести двухвхоДовых логических элементов Й631 И, причем входы датчика 24 угла восстановления запирания подключены к выходным выводам моста основных тиристоров 2-7, а выход этого датчика подключен к одному из входов шести двухвходовых логических элементов И 26-31, вторые входы каждого из которых подключены к соответствующему выходу блока 14 управления ткристорно-дроссельного регулятора.

Датчик 24 угла восстановления аапирания выполнен в виде трехфазного трансформатора 32, первичная обмотка которого образует входные выводы датчика 24 угла восстановления запирания, вспомогательного трехфазного тиристорного моста 33-38, к выводам переменного тока которого подключена вторичная обмотка трехфазного трансформатора 32, а к управляющим входам подключен выход задающего генератора 12, последовательно соединенных формирователя прямоугольных импульсов 39,. генератора линейного изменяющегося напряжения 40, порогового элемента 41, ждущего мультивибратора 42, логического элемента 43 НЕ. Вход формирователя прямоугольных импульсов 39 подклкнен к выводам постоянного тока вспомогательного трехфазного тиристорного моста 3338, выход логического элемента 43 НЕ образует выход датчика Й4 угла восстановления запирания.

При работе преобразователя в номинальном режиме тиристо{зно-,дроссепьный регулятор закр)ыт и баланс реактивной мощности устанавливается взаимодействием конденсаторов и дросселей 21-23, которые совместно с мостом диодов обратного тока 15-20 образуют систему импупьсной стабилизации напряжения. При резкой разгрузке преобразователя высро- . бождающаяся реакти1эная мощность емко стного характера вызьшает рост выходного напряжения. Однако , система -импульсной стабилизации ограничивает йозрастание выходного напряжения, причем при высоком быстродействии в силу того, что осуществляется передачей избыточной реактивной мощности из одних фаз в другие на частоте преобразователя . Одновременно начинает работать блок 14 управления тнристорно-дроссельного регулятора 11, причем таким образом, чтобы изменением фазы управляющих

импульсов тиристоров регулятора 11 относительно фазы напряжения на выходе преобразователя создать необходимую реактивную нагрузку (ин{уктивного характера) для преобразователя и тем самым осущест вить компенсацию излишней реактивной мощности. В результате выходное напряжение преобразователя будет удержано аа заданном уровне с точностью, зависящей от параметров блока управления 14 и дросселей 21-23.

При положении нагрузки в силу инерционности блока 14 управления может

произойти утиеньшение угна восстановления запирания до некоторой минимально допустимой величины. В этом случае дагчик 24 угла восЬтановлений запирання вырабатывает сигнал, запрещающий подачу управляющих импульсов на тирйсторнодроссельный регулятор.

Выходное напряжение преобразовате-ля через трансформатор 32 подается на вспомогательный трахфазный тиристорвый мост 33-38, управление которого сишфонизировано с управлением основных тиристоре® 2-7 {см. фиг. 2).

функцисшнрованне датчика 24 угла восстановления запврания рассмотрим, на одном из интервалов работы преобразователя, длительность которого равна 1/6 от периода выходаой частоты. Допустим, что этот интервал начинается подачей импульсов управления на тиристоры 3 и 4. В предыдущий интервал приводят тиристоры 4 и 7. После подачи импульсов управления начинается коммутация тирис- торов 3 и 7, причем тиристор 3 вступает в работу, а тиристор 7 заканчивает. Если для упрощения пренебречь падением напряжения на тиристорах в прямом направлении, то в рассматриваемый интервал напряжение на Тиристоре 7 будет таким же,как линейное напряжение Ujj с обратным знаком, так как вентиль 7 в это время включен мбжду фазами 1 и Л) преобразователя. Одновременно с подачей импульсов на основные тиристоры 3 и 4 управляющие импульсы подаются на тиристоры 37 и 38, которые открываются, и на входе формирователя прямоугольных импульсов 33 образуется однополярный импульс, длительность.которого равна углу восстановления запирания тиристора 7. Аналогично в каждую шестую часть периода на выходе выпрямителя появляются импульсы, длительность которых равна углу восстановления запирания соответствующего тиристрра. Формирователь прямоугольных импульсов 39 преобразует импульсы, поступающие с выхода выпрямителя, в прямоугольные импульсы, длительность которых равна углу восстановления запирания. Генератор линейно; изменяющегося напряжения 4О формирует напряжение в интервале между импульсами. Поэтому величина уровня, до ко- . торого подинмаетея напряжение HQ выходе генератора линейно изменяющегося напряжение будет тем больше, чем меньше .угол восстановления йапирания. При достнжоНИИ пилообразного напряжения уровня установки срабатьтает пороговый элемент 41, который запускает ждущий мультивибратор 42, вырабатывающий прямоуголь ный импульс. Этот импульс поступает на вход логического элемента 43 НЕ, в результате чего логические элементы И 26-31 оказью.аются запертыми и nor дача импульсов управления на тиристоры регулятора II прекращается. Подача управляющих импульсов на тиристорнГб Хфбссёпьнйй регул5ггор 11 возобновится тогда, когда угол восстановления запирания станет больше допустимой величины. Область действия тиристорно-дроссельного регулятора, предназначенного для стабилизации выходного напряжения практически бграни ёно диапазоном медленно меняющихся нагрузок, так. как быстродействие такой системы мало. Импуль ный регулятор обладает высоким быстродейств ем, однако достигается это при больших пиковых нагрузках по току элементов схемы. Объединение двух систем регулирования приводит к новому, отличному от суммарного, эффекту, который заключается в том, что высокое быстродействие , устойчивость н функциональная надежность достигается без пиковых перегрузок по току. Введение в блок обратной свя;зи датчика угла восстан жлёния запирания позволяет ПОВЫСИТЬ точность стабилизации и коммутационную устойчивость. ормула изобретения 1. Преобразователь частоты, содержащий сглаживающий дроссель в цепи питания, мост основных тиристоров, меж ду выходными выводами которого включены коммутирующие конденсаторы с параллельно подключенным к ним тиристор но-дроссельным регулятором, а также з дающий генератор и блок обратной связи включающий в себя блок управления тир тЬрно-;фЬссельного регулятора, включен ный между выходными вьтодамя моста основных тиристоров и управляющими вх дами тиристорно-дроссельного регулятора, отличающийся тем, что с целью уменьшения массы в габаритов. повышения быстродействия и функциональной надежности,он снабжен мостом диодов обратного тока, вьгаоды постошшого тока которого подключены к выводам постояннрго тока моста основных тиристоров, выводы переменного тока подключены через дроссели к выходным выводам моста ор новных тиристоров, а блок обратной связи снабл ен датчиком угла восстановления запирания и логическим блоком в виде шести двухвходовых логических элементов И, причем входы датчика угла восстановления запирания подключены к выходным выводам моста основных тиристоров, вы- ход этого датчика подключен к одному из входов шести двухвходовых логических элементов И, вторые входы каждого из которых подключены к соответствующему выходу блока управления тиристорнодроссельного регулятора. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что датчик угла врсстановл гня запирания выполнен в Виде трехфазного трансформатора, .первичная обмотка которого образует входные выводы датчики угла восстановления запирашя, вспомогательного трехфазного тиристорного моста, к выводам переменного тока которого подключена вторичная , обмотка трехфазного трансформатора, .а к управляющим выводам подключен выход задающего генератора, последовательно соеднненньрс фсрмирователя прямоугольных импульсов, генератора линейно изменяющегося напряжения, порогового, элемента, ждущего мультивибратфа, логического элемента НЕ, причем вход формирователя прямоугольных импульсов подключен к вьюодам ПОСТО.ЗННОГО тока вспомогательного трехфазного тирнсторвого моста, а выход логического элемента НЕ образует выход датчика угла восстановления запирания,- Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Ковалев Ф. И. я Щ). Стабилизированные автономные инверторы, с синусоидальным выходным напряжением. М., Энер- . гия 1972, с. 15. 2.Преобразовательные устройства в электроэнергетике. М., Наука, 1964, с. 40. 3.Авторское свидетельство СССР №521641, кл. Н 02 М 7/515, 1976.

15

1

2i

/2

-н

/

/д

Фиг. i