Частотно-регулируемый асинхронный электропривод Советский патент 1980 года по МПК H02P7/62 

Изобретение относится к регулируемым электроприводам переменного тока на основе статических преобразователей. Известны различные варианты частотно-регулируемык электроприводов, из ко- торык эффективно применение электроприводов с регулируемыми автономными инверторами и короткозамкнутыми асинхронными двигателями 1 к |2l. Наиболее универсальными характеристиками обладают частотно-регулируемые электроприводы на основе автономных инверторов напряжения. Использование инвертора напряжения в качестве конеч - ного звена преобразователя позволяет сосредоточить функции изменения частоты и напряжения в пределах инвертора и таким образом обеспечить возможность питания электропривода как от источника переменного, так и постоянного тока. Для рекуперации энергии в питающую сеть переменного тока преобразователь на основ автономного инвертора напряжения снабжается дополнительным ведомым сетью инвертором. Известен статический преобразователь частоты для питания асинхронного двигателя, который обладает двухсторонней проводимостью по отношению к питающей сети и при этом независмость контуров потребления и рекуперации энергии позволяет реализовать электроприводы для динамическо-напряженных режимов работы з. В этом преобразователе асинхронный двигатель подключен к источнику питания переменного тока через автономный инвертор напряжения с узлами искусственной коммутации на каждую фазу (что позволяет принципиально обеспечить частотное управление электродвигателем при питании от источника постоянного тока), сглаживающий Г-образный LC -фильтр и управляемый выпрямитель. Автономный инвертор напряжения состоит из инвер- торного моста на тиристорах и диодного моста обратного тока, выводы постоянного тока которого соединены через сглаживающий LC )ильтр с ведомым сетью инвертором. Недостатками известного статическо го преобразователя являются, невозможность сохранения работоспособности прео разователя при исчезновении сети переменного тока и наличие резервной сети п стоянного тока, невозможность гарантиро ванного сохранения основных тиристоров на автономном инверторе при его опрокидывании (открывании двух тиристоров в одной фазе), поскольку при отсутствии дросселей в цепяхпостоянного или переменного тока инвертора амплитуда и скорость изменения ударного тока при разряде фильтрующего конденсатора на тиристоры инвертора ограничиваются только сопротивлениями позволяющих проводов. Отсутствие коммутирующих дросселей в преобразователе приводит к появлению зависимости формы выкодного напряжения от параметров нагрузки, неработоспособности преобразователя на холостом ходу и в режимах малых нагрузок. Цель изобретения - резервирование преобразователя при исчезновении питающей сети переменного тока и повышение надежности защиты тиристоров в автономном инверторе. Поставленная цель достигается за счет подключения конденсаторов к выво- дам переменного Тока ведомого инвертора и двух вентилей между выводами поС тоянного тока автономного инвертора и конденсатором в L С л-фильтре на вкоде ведомого инвертора. На чертеже приведена схема электропривода. Электропривод содержит управляемый выпрямитель 1 на тиристорах 2-5, сглаживающий L С -фильтр 6 и 7 на выходе управляемого выпрямителя, автономный инвертор 8 с основнь1мй тиристорами 9-14, коммутирующий конденсатор 15, коммутирующие тиристоры 16-21, венти ли 22, 23 для вывода избыточной энергии из контура коммутации, ведомый сетью инвертор 24 , диоды 25-30 обрат ного тока,тиристоры 31-34,сглаживающий L С -фильтр 35-и 36 на входе ведо мого инвертора, асинхронный двигатель 37, источники питания переменного и по стоянного тока 38, коммутирующий дрос сель 39 автономного инв эртора, вспомогательные конденсаторы 40. 7 0 4 Асинхронный двигатель 37 подключен к выходу автономного инвертора 8, состоящему из инверторного моста на тиристорах 9-14, к которым подс.оединены коммутирующие конденсаторы 15, коммутирующие тиристоры 16-21 и диоды обратного тока 25-ЗО. Выводы переменно го тока инверторного моста 9-14 и обратных диодов 25-30 объединены, а их выводы постоянного тока через сглаживающие LC L -фильтры 6-7-39, L С -фильтр 35- -36 и выпрямительныесхемы 2-5 и 3134 подключены к источнику питания. Выпрямитель 1 предназначен для обеспечения питанием автономного инвертора 8, при подключении электропривода к источнику переменного тока. Поочередным переключением тиристоров 9-14 формируется трехфазное переменное напряжение на выходе автономного инвертора 8. Частота напряжения регулируется длительностью включения тиристоров 9-14, а величина - изменением скважности их включения в пределах периода несущей частоты. Нали- чие дросселя 39 в цепи питания автономного инвертора 8 позволяет обеспечить коммутацию тиристоров 9-14 независимо от величины нагрузки (от расчетного максимального значения до холостого хода).. Резервирование работы электропривод--. да при исчезновении питающей сети переменного тока и наличии резервной сети постоянного тока, которая подключается к конденсатору 6, обеспечивается подключением вспомогательных конденсаторов 40 к выводам переменного тока ведомого инвертора 24, При исчезновении сети переменного тока ведомый сетью инвертор 24 автоматически переходит в режим автономного инвертора, принудительная коммутация тиристоров в котором обеспечивается конденсатором 4О. Систе- мой управления также обеспечивается сохранение частоты автономного инвертора равной частоте питающей сети. Поэтому при исчезновении сети переменного тока не прекращается питание подключенных к ней устройств собственных нужд электропривода (вентиляторы, система управления, опорные напряжения) и других нагрузок (например, обмоток возбуждения синхронных частотно-управляемых электродвигателей). Возврат энергии из контура коммутации и нагрузки в резервный источник постоянного тока осуществляется через выпрямитель 1, который управляется в этом режиме в функции поддерждния заданной величины напряжения на конденсаторе 35. Коммутация тиристоров в автономном инверторе 8 в соответствии с приведенными на фиг. 1 узлами пофазной коммутации осуществляется следующим образом. Например, для коммутации тиристора 9 включаются тиристоры 16 и 10 и перезаряд коммутирующего конденсатора 15 осуществляется по цепи 46-.39-16-15-10- -6 помимо нагрузки. Для использования части энергии коммут рующего контура в нагрузке можно задер живать включение последовательного tи- ристора в одной фазе с коммутируемым тиристором (например, включение тиристора 1О после коммутации тиристора 9). При этом перезаряд коммутирующего кон . денсатора 15 вначале осуществляется по контуру +6-39-16-15 фазы нагрузки ,-14-6, а .затем по контуру +6-39-16-15-1О- -6. Наличие дросселя 39 в цепи питания автономного инвертора позволяет уменьшить величину ударного тока при разряде фильтрующего конденсатора 6 на тиристоры инвертора 8 при его опрокидывании и реализовать устройства бесконтактной емкостной защиты. Одна ко в процессе коммутации тиристоров в дросселе 39 накапливается избыточная энергия, вследствие чего происходит раскачка напряжения на коммутирующих конденсаторах 15 и преобразователь оказывается неработоспособным. Для вывода избыточной энергии из дросселя 39 дополнительно введены два вентиля 22 и 23, подключающие общие точки анодов и катодов инверторного моста 8 к конденсатору 35. Вентили 22 и 23 могут быть либо управляемыми (тиристоры), . либо неуправпяемыми (диоды), и их выбор определяется конкретными режимами работы электропривода. Если в процессе работы электропривода всегда обеспечивается условие иjg и g зй счет достаточно большой величины рассогласования напряжений на выходе выпрямителя 1 и входе ведомого инвертора 24 вентили 22и 23 целесообразно выполнять неуправляемыми. При этом после перезаряда конденсатора 15 до величины напряже ния U j . 35 включаются диоды 22 и 23и образуется контур вывода избыточной энергии на дросселе 39 в конденсатор 35 по цепи +6-39-22-35-23-.-6 По мере увеличения напряжения на кон006денсаторе 35 выше заданной величины производится дальнейший возврат избыточной энергии коммутации или рекуперации энергии нагрузки в питающую сеть переменного тока через ведомый инвертор 24 или в сеть постоянного тока через инвертор 24 и выпрямитель 1. При незначительной величине рассогласова- ния напряжений U g и U в переходных режимах работы электропривода может происходить захват выпрямителя 1 ведомым инвертором 24 в режиме когда выпрямитель начинает работать на ведомый инвертор, минуя автономный инвертор 8, электропривод в этом режиме оказывается неработоспособным. Для ослабления указанного эффекта захвата вентили 22 и 23 выполняются управляемыми (в виде тиристоров). После перезаряда конденсатора 15 до величины напряжения U;j5 - 35 зависимости от полярности напряжения J включае.тся соответствующей тиристор 22 или 23 к образуется контур (например +6 -39-22-35-27-14--6 ) выводы избыточной энергии из дросселя 39 в конденсатор 35. Поскольку в этом режиме в контур отвода избыточной энергии всегда входит один из тиристоров автономного инвертора (9-14), то электропривод остается работоспособным даже при условии (режим захвата) за счет поочерденой коммутации тиристоров 9-14 инверторного моста коммутирующими кон-денсаторами 15. Указанное включение вентилей 22 и 23 для вывода избыточной энергии из контура коммутации позволяет реализовать различные варианты устройства искусственной коммутации тиристоров в автономном инверторе 8 общие на инвертор, общие на катодную и анодную группы, пофазные и индивидуальные. Формула изобретения Частотно-регулируемый асинхронный лектропривод, содержащий подключенные выводам источников питания переменого и постоянного тока выпрямительные кемы, инверторный мост на управляемых ейтилях, с коммутирующим дросселем цепи питания, мост диодов обратного ока, выводы переменного, тока, которые одключены к выводам переменного тока инверторного моста, а выводы постоянного тока подсоединены к накопительному конденсатору, соединенному через сглаживающий дроссель с выводами по стоянного тока одной иа выпрямительных схем, отличающийся тем, что, с целью обеспечения резервиро вания работы электропривода при исчезновении питающей сети переменного тока и повышения надежности, он снабжен двумя вентилями, подключенными между общими точками анодов и катодов вентилей инверторного моста и диодов обратного тока, конденсаторами, подсоединен008ными к выводам переменного тока упомянутой выпрямительной схемы. Источники информации, принятые во внимание при дкспер.тийе 1. Глазенко Т. А., Горчаренко Р. А. Полупроводниковые преобразователи частоты для электроприводов. Л., Энергия 1969. 2.Аранчий Г. В., Жемеров Г. Г. и Эпштейн И. И. Тиристорные преобразователи частоты для регулируемых электроприводов. М., Энергия, 1968. 3.Авторское свидетельство СССР 238656, кл. Н 02 Р 7/62, 1969.