Преобразователь частоты с непосредственной связью и искусственной коммутацией Советский патент 1980 года по МПК H02M5/27 

(54) ПРЕОБРАЮВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ И ИСКУССТВЕННОЙ КОММУТАЦИЕЙ

1

Изобретение огн х:ится к электротехнике, в частности к устройствам регулирования и стабилизации напряжения и частоты при помсяци преобразователей частоты (ПЧ) с непосредственной связью и искусственной комк1уташ1ей.

Известны ПЧ с непосредственной связью, выполненные по нулевой схеме, которые содержат основные тиристорные мосты и общие узлы искусственной коммутации, включающие коммутирующие конденсаторы, дроссели и тиристоры l

Недостатками первого ПЧ являются нестабильность напряжешш на коммутирующих конденсаторах, которые подключе- ны параллельно зажимам нагрузки, возможность появления самовозбуждения асинхронных двигателей при facTOTHOM управлении (так как коммутирующие конденсаторы подключены параллельно jo выходным выводам ПЧ), перезаряд коммутирующих конденсаторов переменным током нагрузки после отключения силовых тиристоров, что также способствует

увеличению неравномерности напряжения . на коммутирующих конденсаторах.

К недостаткам узла искусственной коммутации второго ПЧ относятся зависимость напряжения на коммутирующих конденсаторах от напряжения питающей сети, поскольку указанные конденсаторы, соединенные в звезду, подключены непосредственно к входным выводам ПЧ и перезаряжаются от сети в межкоммутационные интервалы.

Кроме того, в дaннcнv ПЧ отсутствует цепь для замыкания реактивного тока нагрузки на интервале коммутации, что приводит к появлению перенапряжений в сх.&ле. Вследствие того, что в мсйленты коммутации необходимо определять потенциалы входных фаз, указанный узел искусствйшой коммутации должен быть снабжен датчиками напряжения;

Известен ПЧ с непосредственной связью, содержащий -аиодные и катодные группы силовых тиристоров, два узла искусственной коммутации с зарядными источниками постоянного тока и вспомогательный мост распределительных тиристоров, диагональ постоянного тока которого связана с узлами искусственной коммутащт, при этом каждый из последних содержит три конденсатора, соединенных в звезду, лучи которой связаны с выводами для подключения фаз сети, а общая точка зарядных источников пос.тоян ного тока соединена с выводом для подключения нулевого провода сети з. Недостатком данного ПЧ является сложность узла искусственной коммутации из-за большого количества распределительных и зарядных тиристоров (8 шт.) и наличия двух источников постоянного тока для заряда коммутирующих конденсаторов. Наличие холостого перезаряда коммутирующих конденсаторов в межкоммутационные интервалы снижает частотный диапазон ПЧ и вызывает увеличение потерь в узле искусственной коммутации Наиболее близкий предлагаемому ПЧ с искуственной коммутацией не содержит зарядных источииков постоянного тока, имеет меньшее количество распределительных и зарядных тиристоров (7 шт.). Он содержит основные тнристор ные мосты и общий узел искусственной коммутации, состояодий из двух вспомогательных полууправляемых вентильных мостов, между входными выводами которых включены цепочки из последовательно соединенных двух коммутирующих конденсаторов, распределительные вентили, зарядные тиристоры и дроссель. При этом выводы постоянного тока вспомогательных полууправляемых мостов связаны с одноименными по полярности выводами основных мостов через две группы распределительных вентилей, аноды которых объединены, соответственно, в обшие точки, а выводы перегущенного тока основ ных мостов и общие точки соединения коммутируршИх конденсаторов образуют входные выводы преобразователя 4. Хотя в узле коммутации данного ПЧ ог ;;утствуют источники постоянного тока он содержит большое количество коммутиpye fыx тиристоров (7 шт.) и дросселе что усложняет систему управления преобразователем и с шжает ее надежность. Кроме того, необходик ость холостого перезаряди коммутирующих конденсаторо притупит к сужению диапазона выходных чпк;;т т ПЧ и увештчению потерь в узле испусственной коммутации, шюкольку уз рьботяот с удвоенной частотой. 7 04 Цель изобретения - расширение часотного диапазона преобразователя и нижение потерь в узле искусственной оммутации в два раза. Указанная цель достигается тем, что звестный преобразователь частоты с епосредственной связью и искусственой коммутацией, содержащий гп основых тиристорных мостов и общий узел скусственной коммутации, состоящий из двух вспомогательных мостов, между входными выводами которых включены цепочки из последовательно соединенных двух коммутирующих конденсаторов, и распределительные вентили, причем выводы постоянного тока вспомогательных мостов связаны с одноименными по полярности выводами основных мостов через две группы распределительных вентилей, аноды и катоды которых объединены соответственно в общие точюя, выводы переменного тока основных мостов и общие точки соединения коммутирующих конденсаторов образуют входные выводы преобразователя, а каждый из выходных выводов преобразователя через дроссели подключен к выводам постоянного тока одного из основных мостов, снабжен дополнительными тиристорами, включенными в проводящем направлении между одноименными выводами постоянного тока вспомогательных мостов и упомянутыми точками объединения анодов и катодов, а вспомогательные вентильные мосты вьтолнены неуправляемыми. . На фиг. 1 приведена схема предлагаемого ПЧ с непосредственной связью и искусственной коммутацией в случае питания от трехфазной сети; на фиг. 2 диаграммы импульсов управления силовыми и коммутирующими тиристорами преобразователя; на фиг. 3 - то же, для случая, когда напряжение на нагрузке регулируется широтно-импульсным способом. ПЧ в каждой фазе построен по нулевой схеме и содержит три основных тиристорных моста на вентилях 1-18.Узел коммутации преобразователя содержит три цепочки из двух последовательно соединенных коммутирующих конденсаторов 19-2О, 21-22, 23-24, общие точки соединения которых подключены к .рходным вЫводам преобразователя, две группы распределительных вентилей 2527 и 28-ЗО, аноды и катоды которых объединены, соотве1ч;твенно, в общие точки, дроссели 31-36, образующие выход5ные выводы преобразователя, два вспом гательных вентильных моста на диодах 37-48, между входными вывояак{и котчэ рых включены цепочки коммутирующих конденсаторов 19-24, а между одноик-се ными выводами постоянного тока вспомо гательных мостов и точками объед1шени анодов и катодов включены в проводзпце направлении тиристоры 49-52. Преобразователь работает следующш/ образом. Пусть в проводящем состоянии нахрдятся тиристоры I, Ю, 16, напряжение на конденсаторах имеет полярность, указанную без скобок, а нагрузка - активно-индуктивный характер, включение силовых тиристоров, например, 2, 11, 1 может быть осуществлено лишь после га шения ранее открытых тиристоров. Для этого импульсы управленця подают на тиристоры 49-52 (см. фиг. 2) и напряжение конденсаторов 19-24 обратной полярности прикладывается к тирис TopajM 1, 10, 16 через распределитель ные диоды 25-ЗО. При этом включаетс только два коммутирующих тиристора, н которых в данный момент действует положительное анодное напряжение, например 49 и 52. Процесс колебательного перезаряда коммутирующих конденсаторо происходит минуя сеть в цепи нагрузки: конденсаторы 19, 21, 23 - диоды 37, 38, 39 - тиристор 49 - распределитель ные диоды 25, ZG, 27 - дроссели 3136 - диоды 28, 29-ЗО - тиристор 52 диоды 46-48 - конденсаторы 2О, 22, 24. В конце перезарядки конденсаторы приобретают полярность, показанную на фиг. I в скобах. Данная полярность используется в последующих циклах для гашения очередных силовых тиристоров, вступающих в .работу (см. фиг. 2). В случае, если осуществляется широтно-импульсное регулирование напряже ния (см. фиг. З), на время паузы включаются силовые тиристоры, подключенны к одному линейному проводу сети, например 1(4), 8 (11), 15 (18). При этом образуется короткозамкнутый контур для замыкания реактивного тока нагрузки. Выключение упомянутых тиристоров осуществляется аналогично описанному выше за счет отпирания тиристоров 4952 (см, фиг. 3). Далее одобные циклы повторяются и переключение тиристоров преобразовате306ля производится согласно диаграмме (фиг.З). Начальный заряд кок{м пчгрующих конденсаторов ос тцествляется путем отпиракия т}фисторов 49-52, например, для конденсаторов 2О, 21 по цепи: ко1щенсатор 20 - диод 45 - тристор 51диоды 25-27 - дроссели 31-36, диоды 28-30 - тиртютор 50 - диод 41 - конденсатор 21 - сеть (фазы В и С) конденсатор 20. -Поскольку процесс колебательного перезаряда коммутирующих конденсато ров происходит минуя сеть, в дашюй схеме отсутствует накопление энергии на коммутирующих конденсаторах, а значит не требуется примене ше специальных средств для ограничения величины напряжения на коммутирующих конденсаторах. Потери энергии в контуре перезаряда покрьшаются за счет протекания реактивного тока нагрузки через узел коммутации на интервале гашения силовых тиристоров. Регушфуй момент включения вступающих в работу силовых тирис1Х1ров, можно ограничивать величину напряжения на комм тпфующих ковденсаторах на требуемом урош1е ;(см. фиг,2). При Ш1фотно-зтмпульсном регулировании вели ину напряжения на коммутирующих конденсаторах ограничивают, регул|фуя моменты включения, например, Т1фисторов 1(4), 8(11), 15 (18) во время паузы. Использование изобрететшя позволяет создавать ПЧ с непосредственной связью с раширенным диапазоном выходных частот и простым узлом искусственной коммутации. Количество тиристоров в уапе искусственной коммутации уменьше Ю до четьфех, отсутствуют зарядные дроссели. При этом значительно упрощается система управления преобразователем, что повышает надежность работы всего устройства. Формула изобретения Преобразователь частоты с непосредственной связью и искусственной коммутацией, содержащий m основных тиристорных мостов и общий узел искусственной коммутации, состоящий из двух вспомогательных вентнльных мостов, между входньгми выводами которых включены цепочки из последовательно соединенных двух коммутирующих конденсаторюв, и распределительные вентюш, причшд вьшоды ИСЮ-РОЯННОГО тока вспомогательных мостов связаны с одноименными по полярности выводами ocHOBHbix мостов через две грутшы распределительных вентилей, аноды и катоды которых объединены, сортветстветю, в общие точки, Выводы переменного тока основных мостов и ойзше точ1ш соединения коммутирующих конденсаторов образуют входные вьгеоды преобразователя, а каждый .из вьгход1лых вьгоодов преобразователя через дроссели подключен к выводам постоянного тока одного из основных мостов, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона и снижения потерь в узле искусственной 75 О коммуташп, он снабжен дополнительными тиристорами, включенными в проводящем направлении между одноименными выводами постоянного тока вспомогательных мостов и упомянутыми точками объединения анодов и катодов, а вспомогательные вентютьные мосты вьшолнены неуправляемыми. Источники информашш, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 213958, кл Н 02 М 5/ЗО, 1965, 2.Авторское свидительство СССР № 264527, кл. Н .02 М.7/52, 1968. 3.Авторское свидетельство СССР № 476646, кл. Н О2 М 5/22, 1973. 4.Авторское свидетельство СССР № 492983, кл. Н О2 М 5/28, 1973.

Фиг. 2

Фи9.3