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

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к устройствам регулирования и стабилизации напряжения и частоты при помощи преобразователей частоты (ПЧ) с непосредственной связью и искусственной коммутацией.

Известен тиристорный преобразователь частоты, выполненный по нулевой схеме на силовых тиристорах и содержащий два запирающих блока, каждый из которых состоит из коммутирующего конденсатора, зарядных тиристора, сопротивления и источника постоянного напряжения, при этом запирающие блоки подключены к входным фазам преобразователя через диоды, а к выходным фазам - через дополнительные тиристоры 1 .

Недостатком данного ПЧ является сложность узла искусственной коммутации, содержащего восемь коммутирующих тиристоров и два зарядных источника постоянного напряжения. Кроме того, вследствие холостого перезаряда коммутирующих конденсаторов от вспомогательных зарядных источников постоянного напряжения, сужается частотный диапазон ПЧ.

Сравнительно простая схема узла коммутации описана в 2. Однако он выполнен применительно к однофазному регулятору переменного тока и использование его в таком виде в ПЧ невозможно.

Наиболее близким по своей технической сущности к изобретению является ПЧ, описанный в 3. Он выполнен по нулевой схеме, что в принципе предполагает возможность подключения нулевой точки нагрузки 10 к «нулю питающей сети. Такой преобразователь содержит нулевой входной вывод, многофазные тиристорные мосты по числу фаз выходного напряжения, анодную и катодную группы распределительных вентилей с точками объединения анодов и катодов со15ответственно, а также однофазный мост коммутирующих тиристоров, к каждому из выводов переменного тока которого подключена одна, из обкладок одного из двух коммутирующих конденсаторов, причем аноды катодной группы и катоды анодной группы рас20пределительных вентилей, совместно с точками объединения анодов и точками объединения катодов многофазных тиристорных мостов соответственно, связаны с выходными выводами преобразователя через полуобмотки дросселей. Большое количество коммутирующих тиристоров (двенадцать) и наличие в узле искусственной коммутации трехфазного диодного моста (а также конденсатора фильтра) являются недостатками указанного ПЧ. Вследствие того, что в контур перезаряда входит питающая сеть, в схеме неизбежно накопление энергии на коммутирующих конденсаторах и данная схема без применения специальных цепей сброса неработоспособна. Целью изобретения является упрощение схемы ПЧ за счет уменьщения количества коммутирующих тиристоров в узле искусственной коммутации. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе частоты с непосредственной связью и искусственной коммутацией другие обкладки коммутирующих конденсаторов подключены к нулевому входному выводу, а выводы постоянного тока однофазного моста коммутирующих тиристоров подключены к соответствующим точкам объединения анодов и катодов двух групп распределительных вентилей. На фиг. 1 приведена схема описываемого преобразователя частоты с непосредственной связью и искусственной коммутацией, выполненного по нулевой схеме; на фиг. 2 - диаграммы импульсов управления силовыми и коммутирующими тиристорами преобразователя; на фиг. 3 - то же, что и на фиг.2, но для случая, когда напряжение на нагрузке регулируется широтно-импульсным способом. ПЧ построен по нулевой схеме на силовых тиристорах 1 -18, выходные выводы мостов через полуобмотки дросселей 19, 20, 21 подключены к нагрузке преобразователя 22, 23,24. Узел коммутации преобразователя содержит анодную и катодную группы распределительных вентилей (диодов) 25-30, подключенных к йротивоположным выходным выводам мостов, два коммутирующих конденсатора 31, 32, однофазный мост коммутирующих тиристоров 33-36, входные выводы которого соединены с одними обкладками коммутирующих конденсаторов 31, 32, другие обкладки этих конденсаторов подключены к нулевому проводу питающей сети, а выходные выводы моста 33-36 связаны с соответствующей анодной и катодной группами распределительных вентилей 25-30. В случае трехпроводной сети узел коммутации присоединяется к одному из линейных проводов, например, фазе А. Преобразователь работает следующим об разом (фиг. 1.) Пусть в проводящем состоянии находятся тиристоры 1, 10, 16, напряжение на конденсаторах имеет полярность, указанную без скобок, а нагрузка имеет активно-индуктивный характер. Включение следующих силовых тиристоров, например 2, 11, 17, может быть осуществлено лищь после гащения ранее открытых тиристоров. Для этого импульсы управления подают на коммутирующие тиристоры 33-36 (см. фиг. 2) и напряжение конденсаторов 31, 32 обратной полярности прикладывается к тиристорам 1, 10, 16 через распределительные вентили 25-30 и индуктивность питающей сети (например обмотку трансформатора). Несмотря на то, что импульсы управления подают на все коммутирующие тиристоры, в проводящем состоянии будут находиться только два тиристора 33 и 36, на которых в данный момент действует положительное анодное напряжение. Процесс колебательного перезаряда коммутирующих конденсаторов происходит, минуя сеть и цепи нагрузки: конденсатор 32 - тиристор 36 - диоды 26, 28, 30 - дроссели 19, 20, 21 - диоды 25, 27, 29 - тиристор 33 - конденсатор 31. В конце перезаряда конденсаторы приобретают полярность, показанную на фиг. 1 в скобках. Данная полярность используется в последующих циклах для гащения очередных силовых тиристоров, вступающих в работу (с.м. фиг. 2). В случае, если осуществляется широтноимпульсное регулирование напряжения на нагрузке (см. фиг. 3), на время паузы включают силовые тиристоры, подключенные к одному линейному проводу сети, например 1(4), 8(11), 15(18). Такой способ регулирования известен и потому не требует более детального описания. Выключение упомянутых тиристоров осуществляют аналогично описанному выще, за счет отпирания тиристоров 33-36 (см. фиг. 3). Далее подобные циклы повторяются и переключение тиристоров преобразователя производится согласно диаграмме на фиг. 3. Начальный заряд коммутирующих конденсаторов производится за счет поочередного включения одной группы силовых тиристоров, например 1, 2, 3, и коммутирующего тиристора 34, а затем 4, 5, 6 и .35. Поскольку процесс колебательного перезаряда коммутирующих конденсаторов происходит, минуя сеть, в данной схеме отсутствует накопление энергии на коммутирующих конденсаторах, а значит, не требуется применение специальных средств для ограничения величины напряжения на коммутирующих конденсаторах. Потери энергии в контуре перезаряда покрываются за счет протекания реактивного тока нагрузки через узел коммутации на интервале гащения силовых тиристоров. С описанным узлом искусственной коммутации может быть выполнен и мостовой преобразователь частоты с непосредственной связью, построенный на базе двух нулевых схем.

Использование данного изобретения позволит создать ПЧ с непосредственной связью, имеющий простой узел искусственной коммутации: с четырьмя коммутирующими тиристорами без трехфазного диодного моста и конденсатора фильтра.

При этом значительно упрощается система управления преобразователем, что повышает надежность работы всего устройства.

Формула изобретения

Преобразователь частоты с непосредственной связью и искусственной коммутацией, имеющий нулевой входной вывод, подключаемый к нулевому (линейному) проводу многофазной питающей сети, и содержащий многофазные тиристорные мосты по числу фаз выходного напряжения, анодную и катодную группы распределительных вентилей-с точками объединения анодов и катодов соответственно, а также однофазный мост коммутирующих тиристоров, к каждому из выводов переменного тока которого подключена одна из обкладок одного из двух коммутирующих конденсаторов, причем аноды катодной группы и катоды анодной группы распределительных вентилей, совместно с точками объединения анодов и точками объединения катодов многофазных тиристорных мостов соответственно, связаны с выходными выводами преобразователя через полуобмотки дросселей, отличающийся тем, что, с целью упрощения, другие обкладки коммутирующих конденсаторов подключены к нулевому входному выводу, а выводы постоянного тока однофазного моста коммутирующих тиристоров подключены к соответствующим точкам объединения анодов и катодов двух групп распределительных вентилей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 208115, кл. Н 02 М 5/30, 29.12. 1967.

2.Материалы VIH научно-технической конференции по вопросам автоматизации

0 производства. Т. П. Томск, изд-во Томского университета, 1974, с. 31-33.

3.Авторское свидетельство СССР

№ 4в3746, кл. Н 02 М 5/28 , 5.9.1975.